III-106 - EFICIÊNCIA DE TRANSFORMAÇÃO DE CARBONO TOTAL E
NUTRIENTES NO PROCESSO DE COMPOSTAGEM DE RESÍDUOS
SÓLIDOS ORGÂNICOS
Ana Cristina Silva Muniz (1)
Curso Superior em Tecnologia Química pela Universidade Federal da Paraíba. Mestre em Desenvolvimento e Meio Ambiente/PRODEMA. Professora do Departamento de Engenharia Química, do Centro de Ciências e Tecnologia (Campus II/UFPB).
André Luiz Fiquene de Brito
Curso Superior em Tecnologia Química pela Universidade Federal da Paraíba. Especialista em Inovação e Difusão Tecnológica. Mestre em Desenvolvimento e Meio Ambiente/PRODEMA. Professor do Departamento de Engenharia Química, do Centro de Ciências e Tecnologia (Campus II/UFPB).
Valderí Duarte Leite
Engenheiro Químico pela Universidade Federal da Paraíba. Doutor em Engenharia Civil pela EESC/USP. Professor do Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual da Paraíba.
Shiva Prasad
Bacharel e PhD em Química pela University of Rajasthan – Jaipur /Índia. Professor Titular do Departamento de Engenharia Química do Centro de Ciências e Tecnologia (Campus II/UFPB).
Endereço(1): Rua Otacílio de Albuquerque, 252 Centro. Campina Grande – PB CEP: 58101110 Brasil -Tel: (81) 321-9084 - e-mail: muniz@cgnet.com.br
RESUMO
A eficiência de transformação de carbono total e nutrientes no processo de compostagem depende da natureza das matérias-primas utilizadas, indicando a rapidez de degradação dos resíduos sólidos orgânicos, já que a mesma permite avaliar o processo, com vistas à obtenção da rápida e eficiente estabilização dos resíduos. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de transformação de fósforo total, carbono total e nitrogênio total Kjeldahl de dois tipos de resíduos sólidos orgânicos em leiras de compostagem. Foi adotado o delineamento experimental inteiramente casualizado com dois tratamentos e dez repetições. No tratamento 1, as leiras foram constituídas de restos de frutas (abacaxi, laranja e tomate) palhas de milho e feijão, e no tratamento 2 apenas de palhas de milho e feijão oriundos de feiras livres e Centrais de Abastecimento Agrícola, da cidade de Campina Grande, Paraíba. Curvas lineares obtidas por análise de regressão e ajustadas aos dados da concentração de sólidos totais voláteis, nitrogênio total Kjeldahl e da relação C/N mostraram-se significativas a nível de 0,01 de probabilidade. A término de 135 dias de compostagem a concentração de carbono total mostrou significativa redução, enquanto que a concentração de nitrogênio total Kjeldahl apresentou acúmulo relativo. Os dados permitiram concluir que o tempo de compostagem avaliado foi suficiente para estabilização dos resíduos sólidos orgânicos.
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carbono, amônia, água e energia (Wiley, 1989). A compostagem é um processo natural de biodecomposição da matéria orgânica, sendo de primordial importância o controle das condições ambientais como a umidade e o tempo do processo para que os microrganismos transformem os resíduos orgânicos em produtos estabilizados. Com a compostagem à inativação dos organismos patogênicos por meio do aquecimento dos resíduos gerados biologicamente na compostagem, além de fornecer, por liberação lenta macronutrientes como fósforo, nitrogênio e potássio, garantido a sua disposição no solo de um composto seguro (Polprasert, 1989).
A fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos é fonte satisfatória de aminoácidos, vitaminas, proteínas, sais minerais, macro e micro nutrientes essenciais à boa atividade de oxidação do processo de compostagem (Pereira Neto, 1989; Richard, 1992). Em trabalho de pesquisa empregando o processo de compostagem aeróbia dos resíduos sólidos urbanos, foi constatou-se que foram necessários 52 dias de monitoração das leiras de compostagem, para bioestabilizar a matéria orgânica, haja visto, o composto apresentar significativa redução da matéria orgânica e da relação carbono/nitrogênio (Jahnel et al. 1999).
Segundo informações fornecidas pela divisão de comercialização da Empresa Paraibana de Abastecimentos e Agrícolas - EMPASA, tem-se observado que as perdas variam entre 5 a 20% de produtos que chegam naqueles locais devido à problemas de transporte ao acondicionamento inadequado. Os maiores desperdícios são observados entre alface e coentro. A movimentação de produtos agrícolas anualmente é de aproximadamente 60 mil toneladas, sendo que 5% de hortaliças (chuchu, pepino, tomate e pimentão) e 3% de frutas são desperdiçadas, servindo de ração para animais e dispostos em lixões à céu aberto.
Neste trabalho objetivou-se avaliar a eficiência de transformação de fósforo total (P), carbono total (CT) e nitrogênio total Kjeldahl (NTK) de restos de frutas, palhas de milho e feijão, oriundos de feiras livres e centrais de abastecimento agrícola, com vistas à sua utilização como fertilizante e garantir a sua disposição ao meio ambiente de forma segura .
MATERIAIS E MÉTODOS
O sistema experimental utilizado para a realização deste trabalho foi construído, instalado e monitorado nas dependências externas do LSA - (Laboratório de Saneamento Ambiental) do Centro de Ciências e Tecnologia, do Departamento de Química da Universidade Estadual da Paraíba, localizada na Cidade de Campina Grande ( 70 13’ 11” Sul, 350 52’ 31” Oeste a 500 metros acima do nível do mar), Estado da Paraíba.
Os resíduos sólidos orgânicos utilizados neste trabalho foram provenientes da EMPASA e da Feira Central ambas localizadas na cidade de Campina Grande,(PB). A coleta dos resíduos sólidos foi realizada manualmente, sendo posteriormente acondicionados em sacos plásticos de 15 kg, por um período de 24 horas. No tratamento 1, as leiras de compostagem eram constituídas de restos de frutas e palhas de milho e feijão, enquanto que no tratamento 2 as leiras eram constituídas de palhas de milho e feijão.
As características físico-químicas dos resíduos sólidos orgânicos utilizados com seus respectivos valores são apresentadas na Tabela 1 cujos dados foram utilizados nos cálculos para a composição das leiras.
Tabela 1: Resultados da caracterização físico-química dos resíduos sólidos orgânicos Parâmetros Leira Tratamento 1 Leira Tratamento 2 pH 7,60 6,48 Umidade a 105 oC (%) 83,60 76,49 Sólidos Totais (g.kg-1) 164,00 235,10
Sólidos Totais Voláteis a 550 oC (g.kg-1) 769,00 849,60 Carbono Total (g.kg-1) 427,00 472,00 NTK (g.kg-1) 10,00 17,60 C/N 37:1 30:1 P Total (g.kg-1) 2,42 1,50
Após coleta, transporte e pesagem os resíduos sólidos orgânicos foram triturados em um triturador específico para resíduos sólidos orgânicos, com o objetivo de reduzir o tamanho das partículas da massa “in natura”, para valores compreendidos entre 10 a 40 mm (Kiehl, 1985). As leiras de compostagem, foram construídas com madeira, com a parte inferior isolada com lona plástica. As leiras foram construídas com as seguintes dimensões: 0,4 m de largura, 0,4 m de comprimento e 0,3 m de altura perfazendo um volume médio de 48 litros.
A monitoração do sistema experimental teve inicio com as análises da massa “in natura” a ser compostada. As análises físico-químicas realizadas permitiram avaliar a taxa de biodecomposição da matéria orgânica, a eficiência do processo de compostagem e a qualidade do composto formado. A monitoração do processo foi realizada sistematicamente, levando em consideração os parâmetros analíticos determinados e alguns aspectos físicos tais como coloração do composto, tamanho das partículas e odor.
Com exceção da temperatura, que foi determinada diariamente com termômetro de mercúrio de haste longa com escala de 0 a 1000C (Haug, 1980), os demais parâmetros foram determinados com freqüência quinzenal. As leiras de compostagem foram revolvidas de acordo com a necessidade, com base na temperatura e a umidade do material, a cada período de três dias.
As amostras do material fresco e nos diversos estágios de maturação foram coletadas e secas em estufa com convecção forçada, a 65oC, por 48 horas e, posteriormente, secas a 110o C por três horas para determinações analíticas (Kiehl, 1985). Quinzenalmente e coincidindo sempre com o revolvimento das leiras, foram coletadas
RESULTADOS E DISCUSSÕES
O comportamento da evolução temporal do processo de biodecomposição da matéria orgânica em termos de sólidos totais voláteis nos experimentos 1 e 2 é mostrado na Figura 1. No inicio do processo de compostagem o tratamento 1 apresentou concentração de 732,8 g.kg-1 de sólidos totais voláteis, enquanto que o tratamento 2 apresentou em média concentração de 849,6 g.kg-1. De acordo com Pereira Neto (1996), resíduos orgânicos apresentam em média 800 g.kg-1 de sólidos totais voláteis no inicio do processo de compostagem. Ao término do processo os valores de sólidos totais voláteis para os tratamentos 1 e 2 foram respectivamente 600 g.kg-1 e 689,4 g.kg-1 . A redução de sólidos totais voláteis obtidas no processo 22,13 e 23,24% respectivamente para os tratamentos 1 e 2.
Figura 1. Evolução temporal de sólidos totais voláteis de resíduos sólidos orgânicos processo de compostagem.
** Significante ao nível de 1% de probabilidade
A Figura 1 mostra o decréscimo do teor de sólidos totais voláteis para os dois tratamentos ao longo do processo de compostagem. O aumento do tempo de compostagem provocou redução da concentração de sólidos totais voláteis (Figura 1). Foram obtidas equações de regressão, significativa a nível de 0,01 de probabilidade, Y1 = -0,9933 x + 719,51, (R
2
=0,734) para o tratamento 1 e Y2 = -1,2343 x + 846,27, (R 2
=0,98) para o tratamento 2, relacionando-se a concentração de sólidos totais voláteis com o tempo de compostagem. Na Figura 2 mostra-se o comportamento das evoluções temporais da concentração de nitrogênio total Kjeldahl nas leiras de compostagem para os tratamentos 1 e 2 respectivamente.
y1 = - 0 , 9 9 3 3 x + 7 1 9 , 5 1 R2 = 0 , 7 3 4** y 2= - 1 , 2 3 4 3 x + 8 4 6 , 2 7 R2 = 0 , 9 8 4** 0 150 300 450 600 750 900 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 Tempo (dias) STV(g.kg -1 ) Tratamento 1 Tratamento 2
Figura 2 – Evolução temporal de nitrogênio total Kjeldahl de resíduos sólidos orgânicos durante 135 dias de compostagem.
** Significante ao nível de 1% de probabilidade
O comportamento da Figura 2 mostra o acúmulo relativo da concentração de nitrogênio total Kjeldahl presente na massa do substrato durante o processo de compostagem para os tratamentos 1 e 2. Ao término do processo o aumento relativo da concentração de nitrogênio total Kjeldahl foi em função do decréscimo da matéria orgânica (oxidação da matéria orgânica para CO2) ocorrida pelo processo de compostagem (Jahnel et al. 1999). O
aumento do tempo de compostagem provocou aumento relativo de NTK (Figura 2). Segundo Pereira Neto (1996) o ataque a matéria orgânica resulta na liberação do nitrogênio, o qual deixa a forma imobilizada, passando à forma de mineralizada disponível às plantas e aos demais microrganismos. Foram obtidas equações de regressão significativa a nível de 0,01 de probabilidade, Y1 = 0,0545 x + 10,264 (R
2
=0,952) para o tratamento 1 e Y2 = 0,0752 x + 18,607 , (R2 = 0,959) para o tratamento 2, relacionando-se a concentração de
NTK com o tempo de compostagem.
O acúmulo relativo de nitrogênio nas leiras de compostagem, deveu-se primordialmente, à sua concentração no material em decorrência da liberação de gases e vapor d’água com a decomposição do material orgânico por microrganismos (Matos, et. al. 1998). O acúmulo relativo de NTK na massa de resíduo em processo de biodecomposição está associado diretamente à redução da matéria orgânica. Isto significa dizer que no processo de biodecomposição aeróbia da matéria orgânica a perda de carbono total é bem maior do que a de NTK, isto ocorrendo ao longo de todo período de monitoração se obtém um composto orgânico com uma relação massa
y1= 0 , 0 5 4 5 x + 1 0 , 2 6 4 R2 = 0,952** y2= 0 , 0 7 5 2 x + 1 8 , 6 0 7 R2 = 0,959** 0 10 20 30 40
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
Tempo (dias) NTK (g.kg -1 ) Tratamento 1 Tratamento 2Figura 3 – Evolução temporal da relação carbono/nitrogênio de resíduos sólidos orgânicos processo de compostagem.
** Significante ao nível de 1% de probabilidade
O aumento do tempo de compostagem provocou redução da relação C/N (Figura 3). Foram obtidas equações de regressão a nível de 0,01 de probabilidade, Y1 = -0,1463 x + 37,673, (R
2
= 0,937) e Y2 = -0,0937 x +
24,927, (R2= 0,957) respectivamente para os tratamentos 1 e 2, em função da relação C/N com o tempo de compostagem. Apesar do tratamento 1 apresentar oscilações da relação C/N a partir de 60 dias do inicio do processo de compostagem, a redução da relação C/N foi de 47,5% e 51,85% respectivamente para os tratamentos 1 e 2. Durante o processo de compostagem a diminuição da relação C/N é de fundamental importância para a qualidade do composto formado. Golueke (1992) e Obeng e Wright (1987), indicam que a relação C/N inicial ideal nos resíduos a serem compostados devem variar em torno de 30 a 40, propiciando intensa atividade biológica no processo de compostagem, enquanto que a relação carbono/nitrogênio final pode variar entre 15 e 20. Neste trabalho os tratamentos 1 e 2 apresentaram respectivamente ao término do processo valores na faixa entre 19 a 13
Na Tabela 2 apresenta-se o balanço de massa e a eficiência de transformação da concentração de carbono total, nitrogênio total Kjeldahl e fósforo total para os tratamentos 1 e 2 respectivamente. Conhecendo-se a massa aplicada e a massa acumulada, determina-se a massa transformada. Para o cálculo do balanço de massa nas leiras de compostagem, pode-se aplicar a Equação 1, anteriormente mostrada.
Tabela 2 - Balanço de massa e eficiência de transformação nos tratamentos 1 e 2. Tratamento Massa aplicada (g) Massa acumulada (g) Massa transformada (g) Eficiência de transformação (%) CT T1 T2 2592,00 1878,60 336,1 598,7 2256,00 1279.9 87,01 70,80 NTK T1 T2 64,80 71,60 15,90 40,30 48,90 31,30 75,46 43,70 P T1 T2 15,50 9,50 3,10 3,80 12,40 5,70 80,00 60,00 T1: Tratamento 1; T2: Tratamento 2 y1 = - 0 , 1 4 6 3 x + 3 7 , 6 7 3 R2 = 0 , 9 3 7 * * y2= - 0 , 0 9 3 7 x + 2 4 , 9 2 7 R2 = 0,957** 0 10 20 30 40 50 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135
Tempo (dias)
Relação C/N
Tratamento 1
Tratamento 2
Observando os dados da Tabela 2 constata-se que o tratamento 1 apresentou maior transformação para a massa de carbono total, nitrogênio total Kjaldahl e fósforo total. O tratamento 1 apresentou menor teor de matéria orgânica no substrato a ser tratado, contribuindo para uma maior rapidez de degradação da matéria orgânica da massa total aplicada. Isto se deve ao fato de que o tratamento 1 apresentava materiais de mais fácil biodecomposição ao longo do processo de compostagem. De acordo com Pereira Neto (1996), a eficiência do processo de compostagem é medida pela degradação da massa a ser compostada, em que o processo é considerado eficiente quando apresenta uma redução em torno de 40% da massa de resíduo a ser tratada. Em relação aos nutrientes NTK e fósforo total, observa-se que os dados da Tabela 2 mostram que o tratamento 1 apresentou maior eficiência de transformação para estes dois nutrientes. De acordo com Janhel et al. (1999) a degradação da matéria orgânica faz com que ocorra aumento relativo do fósforo total e NTK na massa de resíduos sólidos por via aeróbia.
CONCLUSÕES
O resultado da análise dos dados permitem enumerar as seguintes conclusões:
Os parâmetros avaliados como carbono total, nitrogênio total Kjeldahl e fósforo total mostraram-se adequados para avaliar a eficiência de transformação nos tratamentos 1 e 2;
Os compostos produzidos com restos de frutas e palhas de milho e feijão apresentaram valores de relação C/N mais elevados;
A eficiência de transformação dos resíduos sólidos orgânicos no tratamento constituídos de restos de frutas, palhas de milho e feijão (tratamento 1) foram superiores aos constituídos com palhas de milho e feijão (tratamento 2) no processo de compostagem;
A utilização de resíduos sólidos orgânicos oriundos de feiras livres e centrais de abastecimentos agrícolas na compostagem, proporcionaram a produção de composto estabilizado, podendo ser aplicado sem maiores restrições à solos agrícolas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION; AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION & WATER POLLUTIONS CONTROL FEDERATION. Standard Methods For The Examination of Water and Wastewater. 18 ed. Washington: American Public Health Association, 1992. 1193p.
2. BANZATO, D.A.; KRONKA, S.D.N. Experimentação agrícola. Jaboticabal: FUNEP, 1989. 247p. 3. GOLUEKE, C.G . Bacteriology of composting. Biocycle, v.10, p. 55-57, 1992.
4. HAUG, R.T. Compost Engineering: principles and practices. Ann Arbor: Ann Arbor Science, 1980. 655p. 5. JAHNEL, M.C; MELLONI, C; ELKE, J.B.N. Maturidade de composto de
lixo urbano. Scientia Agricola, v.56, p. 301-304, 1999.
6. KIEHL, E.J. Fertilizantes orgânicos. Piracicaba: Agronômica Ceres, 1985. 161p.
15. PESSIN, N; MANDELLI, S.M.C.; SLOMPO, M. Determinação da composição física e das características físico-químicas dos resíduos sólidos domésticos da cidade de Caxias do Sul. In: MANDELLI, S.M. de C. Tratamento de resíduos. Caxias do Sul: Ed. do Autor, 1991. cap.11, p.67-100.
16. POLPRASERT, W. E. Organic waste recycling. Thailand: Asian Institute of Technology, 1989. P.63-103. 17. MATOS, A.T. de.; VIDIGAL, S.M.; SEDIYAMA, M.A.N.; GARCIA, N.C.P; RIBEIRO, M.F.
Compostagem de alguns resíduos orgânicos utilizando-se água residuárias da suinocultura como fonte de nitrogênio. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.2, p.199-203, 1998.
18. RICHARD, T.L. Composting wastes solid municipal: Biologic Process. Biomass & Bionergy, v. 3, p.25-29, 1992.
19. TORRES, P; BARBA, E; RIASCOS, J. Tratabilidade biológica do chorume produzido em aterro controlado. Revista de Engenharia Sanitária e Ambiental, v.2, p.53-62, 1997.
