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COMPOSTAGEM DE RESÍDUOS : FUNDAMENTOS CIENTÍFICOS,
TECNOLOGIAS, IMPACTOS, AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA E
APLICAÇÕES
F.J. Antunes Pereira
Professor Catedrático, Universidade de Aveiro
Índice
1.INTRODUÇÃO
2.FUNDAMENTOS
2.1-Descrição fenomenológica
2.2-Factores ambientais
*Razão C/N
*Arejamento
*Humidade
*Granulometria
*Inoculação (“seeding”)
*Agitação
3.EQUIPAMENTOS; TECNOLOGIAS
3.1-Pilha estática com arejamento natural
(“windrow”) [com ou sem revolvimento]
3.2-Pilha estática com arejamento forçado
3.3-Reactores fechados
*Verticais (silo)
*Horizontais (caixa)
*Tambor rotativo (túnel)
4.IMPACTOS
4.1-Qualidade do composto (Contaminações)
4.2-Odores
5.AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA
6.APLICAÇÕES
BIBLIOGRAFIA
1-INTRODUÇÃO
Não há uma definição universalmente aceite para compostagem. Contudo, para efeitos
práticos pode-se considerar a compostagem como uma operação em que decorre a
decomposição biológica e a estabilização de substratos orgânicos, em condições que
favorecem a geração de temperaturas termófilas como resultado de produção térmica
biológica. Deste processo resulta um produto final que é estável, isento de agentes
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patogénicos e de sementes de plantas, o qual tem efeitos benéficos quando aplicado
no solo.
O produto final assim obtido é designado por composto. Também para este não existe
uma definição universalmente aceite. Em termos práticos, contudo, considerar-se-á o
composto como um condicionante orgânico de solos que foi estabilizado na forma
húmica. O composto não atrai insectos e outros vectores de doenças infecciosas, e
pode ser armazenado e manipulado sem inconvenientes, sendo benéfico ao
crescimento de espécies vegetais importantes.
A compostagem é assim uma forma de estabilização de resíduos sólidos orgânicos,
que exige condições processuais muito específicas e controladas de humidade,
temperatura e arejamento. É essencial atingirem-se temperaturas termófilas (acima de
45 ºC) para garantir a completa pasteurização, a inactivação de agentes patogénicos e
a destruição de sementes daninhas.
A compostagem é um processo que ocorre permanentemente na Natureza e sem a
intervenção humana. A intervenção humana pretende emular o processo natural,
realizando-o duma forma controlada com o objectivo de obedecer a requisitos
tecnológicos e económicos. Neste contexto as condições processuais que mais
influenciam o sucesso da operação são: humidade, temperatura, pH, razão ponderal
Carbono/Azoto (C/N), e taxa de arejamento. Parte-se naturalmente do princípio que
estão garantidas à partida as condições básicas de existência de macro e
micronutrientes no meio de fermentação. Em rigor deve ter-se em atenção que estas
condições processuais não são independentes umas das outras; por exemplo a taxa de
arejamento influencia a temperatura, esta pode afectar a humidade, e assim
sucessivamente; na prática procura-se um compromisso entre estes vários factores.
A estabilização biológica da matéria orgânica (oxidação por acção de
microorganismos) na forma duma substância tipo húmus é levada a cabo através da
criação e da manutenção dum ambiente adequado. Este pode ser ao ar livre
(compostagem em pilha estática, ou "windrow") ou em espaço confinado
(compostagem mecanizada, ou acelerada).
O processo não controlado ocorreu sempre na Natureza, e é através dele que esta
recicla os resíduos agrícolas, e pode durar até um ano; com arejamento forçado, este
tempo pode ser reduzido a uma semana ou menos.
A compostagem como processo aeróbio tem vantagens sobre a digestão anaeróbia
devido a quatro importantes razões:
O processo aeróbio não acarreta tão mau cheiro como o anaeróbio.
A elevada temperatura geralmente atingida nas pilhas aeróbias é eficiente na
eliminação da maioria das plantas e animais patogénicos e parasitas.
A compostagem é um processo relativamente rápido.
Como o processo de compostagem cada vez é mais aplicado em operações de larga
escala, o espaço disponível torna-se um factor limitante, favorecendo assim o
processo aeróbio em detrimento do anaeróbio.
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Embora uma instalação comercial de compostagem faça geralmente o tratamento de
RSU (Resíduos Sólidos Urbanos), no entanto ela apenas processa de facto a fracção
orgânica putrescível desses mesmos resíduos. Todos os outros componentes (não
orgânicos) têm de ser previamente segregados em instalações próprias de separação,
usando equipamento eletromecânico algo complexo, e posteriormente reciclados,
incinerados ou aterrados. Este pré-tratamento mecânico pode ser feito em instalações
separadas, ou, como é mais frequente, dentro da própria instalação de compostagem.
Esta característica aplica-se, na realidade, e como é evidente, a qualquer instalação de
tratamento biológico, incluindo portanto a de digestão anaeróbia. O tamanho e
complexidade duma instalação de tratamento biológico dependem portanto da
natureza dos resíduos a tratar, ou, em última análise, da sua proveniência. Neste
aspecto interessa aqui distinguir essencialmente dois tipos:
RSU (Resíduos Sólidos Urbanos): contêm aquilo a que se chama os componentes
húmidos e os componentes secos. Os primeiros são constituídos essencialmente por
restos de alimentação e são putrescíveis (biodegradáveis); os segundos não são
biodegradáveis (com exceção do papel), e são geralmente separáveis para reciclagem:
plásticos, metais, vidros, têxteis.
Bioresíduos (biowaste): são constituídos essencialmente por componentes húmidos e
de natureza orgânica putrescível, incluindo: resíduos de alimentação (fracção
orgânica dos RSU), resíduos de jardinagem (relva, pode de árvores, etc), resíduos
florestais, lamas de ETAR, etc.
É fácil de compreender que uma instalação de tratamento biológico processando RSU
tenha de ser portanto de maior complexidade do que uma processando apenas
bioresíduos. Devido aos problemas de contaminação do composto final com diversos
produtos tóxicos (metais pesados provenientes das pilhas, baterias, plásticos,
eletrodomésticos, e de orgânicos xenobióticos provenientes do uso de pesticidas,
produtos farmacêuticos, produtos fitosanitários, etc), os quais representam um risco
para a saúde pública e para o ambiente (através da cadeia alimentar), as modernas
instalações de tratamento biológico restringem cada vez mais os materiais a processar
somente a bioresíduos. Este facto tem incrementado significativamente a recolha
selectiva na origem (recolha diferenciada) deste tipo de resíduos. Nestas condições,
para além de se minimizarem os ricos de contaminação consegue-se também reduzir
substancialmente o tamanho e complexidade das instalações.
A recente Directiva 1999/31/CE relativa a aterros sanitários limita a quantidade de
matéria orgânica dos resíduos sólidos a depositar no solo em sucessivas etapas; assim,
e tomando como referência o ano de 1995, essas quantidades deverão ser reduzidas
em 75% até 2006, em 50% até 2009, e em 35% até 2016.
Esta directiva foi transposta para o direito português através do Decreto-Lei nº
152/2002, de 23 de Maio de 2002 e, consequentemente, elaborada a "Estratégia
biodegradáveis. Na Figura 1 esquematiza-se a evolução destas quantidades para os
próximos anos.
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Figura 1-Evolução temporal prevista para as quantidades de RSU permitidas enviar para aterro
sanitário (dados do Instituto Nacional de resíduos INR)
Como consequência, destinos alternativos terão de ser encontrados para essa matéria
orgânica (bioresíduos), sendo os mais evidentes os tratamentos térmico (incineração,
gasificação, pirólise) e biológico (compostagem, biometanização ou digestão
anaeróbia). De entre eles, os térmicos não são, por um lado nem economicamente nem
tecnicamente atractivos (devido ao elevado teor em humidade dos bioresíduos, que faz
baixar o seu poder calorífico), e por outro têm cada vez menos aceitação pública. A
alternativa do tratamento biológico assume, assim, um papel de relevo nos futuros
sistemas integrados de gesto de resíduos. Esse papel torna-se tanto mais crítico quanto
o seu impacto ambiental será muito em breve objecto de regulamentação (em
discussão para aprovação na DGXI/EU) mais restritiva que a actual, como se verá
mais adiante.
2-FUNDAMENTOS DO PROCESSO
2.1-DESCRIÇÃO FENOMENOLÓGICA
A compostagem aplica-se a matéria orgânica não tóxica, desde que em condições
mínimas de porosidade e humidade: controlando a temperatura e a humidade
consegue-se manter o processo aeróbio. O processo é auto-térmico, produzindo por si
próprio o calor necessário (através da oxidação microbiológica da matéria orgânica) à
manutenção das temperaturas óptimas de reacção (30-70o C).
A reacção global pode sintetizar-se na seguinte reacção química:
Sólidos Voláteis .2 microorgO
gases biológicos (*) + biomassa celular(**) + composto humificado + calor
(*)CO2, H2O, H2S, COVs
(**)C5 H7 O2 N
Um dos aspectos críticos desta reacção é o facto de ser exotérmica, resultando num
aquecimento da massa em fermentação. Este aquecimento (entre 40-60 ºC) é benéfico
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para: (a) acelerar a velocidade do processo e (b) pasteurizar o produto. Contudo um
aquecimento exagerado (acima de 70º C) é prejudicial pois conduz a inactivação por
temperatura (devido à diminuição da diversidade microbiológica) e formação de
esporos (esporulação), o que retarda o processo. O controle de temperatura faz-se em
geral por remeximento mecânico ou por insuflação de ar ambiente. Para a maioria dos
biosólidos a temperatura óptima de compostagem situa-se na gama de 40-50ºC.
No caso de bioresíduos os produtos duma instalação de tratamento biológico são
basicamente os gases biológicos e o composto, como se viu na reacção química atrás.
No caso de se processarem RSU, de recolha indiferenciada, no balanço mássico da
instalação entram também os inertes (componentes secos, ou recicláveis). Nestas
circunstâncias os produtos típicos duma compostagem são indicados na Tabela 1.
Tabela 1-Balanço mássico global típico duma instalação de compostagem de RSU não
diferenciados.
Base: 1 ton RSU
Gases biológicos Composto Recicláveis Resíduo
(para aterro)
260 Kg
( 460 m3)
420 Kg 240 Kg 80 Kg
O composto obtido é uma substância rica em carbono orgânico, castanho-escura,
cheiro a terra húmida e ausência de odores. É usado como condicionador de solos
pobres, e tem um valor nutriente relativamente baixo (0,4 - 1,6% N; 0,1 - 0,4% P; 0,2
- 0,6% K).
Comparada com o processo de lamas activadas, para obter o mesmo grau de
estabilização, a compostagem acelerada requer apenas uma pequena fracção da
energia necessária para o arejamento, e corresponde a uma absorção de oxigénio cerca
de 100 vezes superior.
A degradação aeróbia (compostagem) da matéria orgânica é levada a cabo pelas
acções mecânica, química e biológica dum enorme variedade de organismos no
contexto da cadeia trófica. Em compostagem a cadeia trófica envolve consumidores
de primários, secundários e terciários. Na pirâmide da cadeia os materiais servem de
alimentação a pequenos invertebrados (caracóis, diplópodes, quilópodes, etc) e que
têm uma dupla acção:
(a) ao triturarem os resíduos criam uma maior área superficial pra a subsequente
actuação de bactérias e fungos, os quais são por sua vez fonte de alimentação
de outros invertebrados como ácaros e colêmbolos
(b) os nemátodos e anelídeos excretam produtos orgânicos que enriquecem o
composto e servem de alimento às bactérias e fungos.
Gera-se assim um equilíbrio de consumos alimentares e fecham-se ciclos nutricionais.
Por sua vez, à medida que cada decompositor morre, mais alimento é gerado para os
outros decompositores.
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Em resumo, os resíduos sólidos orgânicos variam desde material altamente
heterogéneo, presente nos resíduos municipais/lamas de tratamento de esgotos, a
resíduos homogéneos provenientes de indústria alimentar. Contudo todos estes
resíduos são misturas de açúcares, proteínas, gorduras, hemicelulose, celulose e
lenhina, numa larga gama de concentrações. Os vários constituintes dos resíduos
sólidos são selectivamente atacados pelas várias espécies microbiológicas da
extraordinária complexidade de espécies de microorganismos presentes nos resíduos
(p. ex. bactérias a açúcares solúveis, fungos a celulose, etc.). O calor resultante das
várias actividades assimilatórias e dissimilatórias origina uma segregação de
populações, cada uma predominando a uma dada zona de temperaturas.
Assim, no processo natural, podem distinguir-se três fases no processo (Fig. 2)
Figura 2 – Variação da temperatura e do pH ao longo do tempo durante a compostagem
A: fase mesófila B: fase termófila C: fase de arrefecimento D: fase de maturação
1-Fase mesófila. Nos resíduos existem normalmente as bactérias mesófilas,
produtoras de ácido, que nesta fase elevam a temperatura até cerca de 40oC em pH
ácido. A fase mesófila compreende o período de latência e o período de crescimento.
O período de latência corresponde ao tempo necessário para os microorganismos
colonizarem o meio e coincide com o período de trabalho microbiológico mais
intenso; as moléculas complexas de matérias orgânicas biodegradáveis são atacadas
tornando-se os alimentos microbiológicos assimiláveis, servindo para o período
seguinte. No período de crescimento a multiplicação dos microorganismos está ao
nível mais alto e devido à abundância de alimento, a reprodução das bactérias segue
uma progressão geométrica. O período de crescimento é acompanhado de uma grande
libertação de energia que eleva a temperatura do meio, permitindo a proliferação das
primeiras espécies características de fase seguinte.
2-Fase termófila. À medida que a temperatura sobe, a população mesófila morre e dá
lugar às bactérias termófilas, a fungos e actinomicetos que são activos até 70oC, em
pH básico.
Os diferentes tipos de bactérias termófilas habitam uniformemente todos os resíduos e
são as únicas responsáveis da intensa actividade característica dos poucos dias em que
a temperatura atinge os 60 - 70oC e ocorrem as maiores mudanças no composto. Elas
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continuam a predominar ao longo do processo no interior da pilha onde as
temperaturas são inibidoras dos actinomicetos e fungos.
Os fungos termófilos são um grupo bem definido que está confinado às camadas
exteriores (5 - 15 cm) dos resíduos e se tornam activos 5 a 10 dias depois do início da
fase; os actinomicetos surgem na fase final. Os fungos e actinomicetos desempenham
um papel importante na decomposição da celulose, lenhina e materiais mais
resistentes (na fracção papel e restos vegetais dos RSU, bem como chitina, proteína,
etc, através da produção de enzimas extracelulares), resultando formas coloidais
precursoras do húmus, de detritos diversos não fermentáveis e de uma grande
quantidade de corpos microbiológicos e de substâncias produzidas pelos agentes
biológicos, muitas vezes complexos organo-metálicos, assim como antibióticos. Os
fungos atacam preferencialmente a celulose, enquanto os actinomicetos utilizam
preferencialmente a hemicelulose e a lenhina. Os actinomicetos são capazes de crescer
a temperaturas mais elevadas do que os fungos termófilos, tornando-se mais
abundantes e até dominantes às elevadas temperaturas atingidas no composto, e são
responsáveis pelo característico cheiro a terra húmida e fresca duma pilha em
compostagem. Se a temperatura for demasiadamente elevada, isto é superior a 70oC,
os fungos, actinomicetos e a maioria das bactérias são inactivados e só subsistem
bactérias formadoras de esporos (esporulação) que param o processo de degradação
orgânica.
3-Fases de arrefecimento e maturação. Com o retardamento da decomposição a
temperatura desce, e o meio é de novo invadido, desta vez em sequência inversa, pela
população microbiológica activa (termófilas, mesófilas), completando-se as reacções.
Nos processos naturais, o período de reacção intensa dura 2 - 5 semanas, comparadas
com 2 - 5 dias numa instalação mecanizada.
O processo está completo quando a temperatura estabilizou e o material adquiriu uma
cor castanho-escura. Um indício aproximado é o teor em amido se anular por ser o
mais facilmente convertido, e dando uma indicação de quando o processo entrou na
fase final. Em alternativa podem seguir-se o teor em CO2 e o COD.
A Tabela 2 dá uma ideia das espécies microbiológicas predominando durante a
compostagem. Durante a compostagem as bactérias predominam sobre os fungos: a
sua densidade populacional é cerca de 2 ordens de grandeza superiores (Fig. 3).
Tabela 2 – Géneros representativos dos micro organismos presentes no composto
_____________________________________________________________________
Fungos Actinomicetos Bactérias Absidia Mucot Micromonospora Aerobacter Micrococcus
Aspergillus Nigrospora Nocardia Bacillus Myxococcus
Botrytis Oospora Streptomyces Cellumonas Proteus
Byssochlamys Penicillum Thermoactinomyces Chondrococcus Pseudomonas
Cephalosporium Rhizopus Clostridium Sarcina
Chaetomium Sporotrichum Diplococcus Streptococcus
Coprinus Stibella Escherichia Thiobacillus
Fusarium Thermoascus
Geotrichum Torula
Humicola Trichoderma
_____________________________________________________________________
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Figura 3- Densidade populacional das várias espécies microbiológicas durante a compostagem.
A descrição anterior é bastante simplificada; nela apenas se focaram dois parâmetros
(pH e temperatura), mas outros há que são determinantes do decorrer das reacções de
decomposição, como se verá mais adiante.
Em resumo, e com excepção dos sistemas com agitação mecânica, num processo de
compostagem típico em pilhas estáticas, ou medas (“windrow”) estas são geralmente
bastante heterogéneas em termos dos gradientes de temperatura e de concentração de
oxigénio que se verificam no seu interior.
A Figura 4 mostra que numa pilha, o núcleo central (miolo) está mais quente que a
periferia, sendo habitado essencialmente por microrganismos termófilos (>45 ºC).
Este gradiente de temperatura origina correntes de convexão natural de ar quente
(Fig.5), mas que não são suficientes para garantir a oxigenação adequada do núcleo
visto que rapidamente se esgota a concentração local de oxigénio, podendo conduzir à
paragem (ou retardamento) das reacções microbiológicas (inactivação por
temperatura). Para o evitar, torna-se então necessário uniformizar a pilha ou por
revolvimento ou por ventilação forçada de ar através dela. A homogeneização da pilha
por qualquer destes processos origina menores gradientes de temperatura e de
concentração de oxigénio, acelerando subsequentemente o processo global (ver Fig.s 6
e 7).
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Figura 4-Zonas de temperatura no interior duma pilha estática com arejamento natural, em
fermentação
Figura 5-Correntes de convexão natural do ar, no interior duma pilha estática com arejamento
natural, em fermentação
Figura 6-Perfil vertical de concentração de oxigénio no interior duma pilha estática com
arejamento natural, em fermentação. (a) Três dias após revolvimento, (b)Variações no centro,
após sucessivos revolvimentos na fase inicial de compostagem
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Figura 7-Perfis de temperatura no interior duma pilha estática em fermentação. (a) com
arejamento forçado, (b)com arejamento natural
2.2-FACTORES AMBIENTAIS
Os parâmetros que mais influem no processo são: razão C/N, taxa de arejamento,
humidade, granulometria, inóculo, e agitação.
Razão C/N
Devido à actividade microbiana, é necessário um fornecimento substancial de
nutrientes (N e P), mas de N em especial. Se as reacções fossem lentas o azoto poderia
ser reciclado, mas dado que há vários processos concomitantes, torna-se necessária a
adição de N, a qual se pode caracterizar pela razão ponderal C/N.
Aparentemente, para C/N = 20, o azoto não limita a velocidade do processo; mas
acima de C/N = 80 a degradação termófila é impedida pela deficiência em azoto. A
maior parte dos sistemas opera entre estes 2 limites.
Para C/N < 30, parte do azoto é perdido para atmosfera na forma gasosa (NH3).
Algum do carbono, contudo, ainda está na forma "ligada" em compostos mais
dificilmente biodegradáveis (celulose, lenhina) enquanto que o azoto está facilmente
disponível para os microorganismos. Daí que a proporção mais adequada para evitar
perdas de azoto estar, na pratica, situada na zona de 35 - 40. Como os resíduos
municipais têm uma razão C/N da ordem de 35 - 80, é geralmente necessária a adição
de azoto contido noutros materiais (Tabela 3).
Tabela 3-Valores da razão ponderal C/N para vários materiais compostáveis
MATERIAL RAZÃO C/N
lamas de esgoto 6,3 - 15,7
resíduos de alimentação 14 - 15
erva 20
resíduos vegetais 40 - 80
Os componentes dos RSU com elevados C/N e que justificam a necessidade desta
adição são, entre outros: papel (C/N = 173) e resíduos de madeira (C/N = 500 -
700).
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O valor de pH afecta também a perda de azoto, visto que acima de pH~7 dá-se a
libertação de NH3 de soluções de amónia aquosa. Desta forma, para uma operação de
compostagem que necessita de pH ~8, não será possível reter azoto se C/N > 35.
Figura 8-Variação típica do pH num processo de compostagem (NOTA: Acima de ph~8,5 liberta-
se NH3 e um conjunto de odores desagradáveis, com perda do valor agronómico nutricional do
composto obtido)
Se na fase inicial (Fig. 8) do processo for limitado o acesso de oxigénio (o processo
torna-se anaeróbio), o pH continuará a descer; há contudo, no próprio composto, um
efeito tamponizante natural que permite o pH estabilizar na zona alcalina desde que o
processo permaneça aeróbio (manter-se o arejamento).
A zona de C/N mais conveniente para o composto final é da ordem de 12 - 20; valores
demasiado elevados traduzem-se no facto de o composto "roubar" azoto do solo após
aplicação.
O P não é geralmente limitante, já que os microorganismos consomem este elemento
numa proporção mais baixa que N (cerca de C/P~5000).
Tal como na digestão anaeróbia, o excesso de ácidos voláteis, pode inibir a reacção.
Contudo, a compostagem é menos sensível a este parâmetro, admitindo até 5000 - 10
000 ppm de ácidos, contra 2000 no caso do processo anaeróbio.
Arejamento
A oxidação microbiológica da matéria orgânica conduz, no caso geral, a 3 tipos de
materiais: gases e vapores (CO2, H2O, H2S, NH3, COVs, etc), biomassa celular e
composto final.
É possível calcular a quantidade de ar necessária ao processo, com base nas seguintes
que traduzem a estequiometria das reacções, como se indica a seguir.
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Oxidação incompleta. É a situação mais frequente, e traduz-se pela equação:
CaHbOcNd + O2 = nCwHxOyNz + sCO2 + rH2O + NH3 ....(1)
4
324
4
)232( dcbawxzyn
nwas
2
3)3( dbxznr
nzd
A fórmula CwHxOyNz pretende traduzir a composição empírica do composto obtido.
Oxidação completa. Na eq. (1) é n=0, logo fica reduzida a:
CaHbOcNd + O2 = aCO2 + rH20 + dNH3 ...(2)
sendo os novos coeficientes:
4
324 dcba
as
2
3dbr
d
(OBS: Se o NH3 também for oxidado então pode verificar-se adicionalmente: NH3 +
2O2 = HNO3 + H2O)
O arejamento envolve implicitamente a conjugação de dois parâmetros indissociáveis,
e que são críticos em compostagem: a concentração de O2 e a temperatura. Ambos
variam durante o processo como resultado da actividade microbiológica, a qual
consome O2 e liberta calor; se este último não for removido (por convexão natural ou
forçada) o processo pára devido a inactivação (por causa da redução da biodiversidade
microbiológica). Nestas condições o arejamento é das operações mais críticas na
compostagem, visto que ele controla aqueles dois parâmetros, como se verá a seguir.
Oxigénio: um arejamento insuficiente (falta de O2) leva a fermentações
aneróbias indesejáveis. Mas mesmo em condições de arejamento adequado, a própria
natureza heterogénea dos resíduos origina sempre a criação de pequenas bolsas
anóxicas, conduzindo à libertação de NH3 e H2S.
Temperatura: o calor é um dos produtos da oxidação microbiológica, e deve
ser naturalmente aproveitado para elevar a temperatura do substrato ao valor óptimo
para reacção química, poupando-se assim a importação de energia de fontes externas.
Cada substrato tem uma gama de temperatura óptima de fermentação, abaixo da qual
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a reacção é demasiado lenta e acima da qual há esporulação e perda de diversividade
microbiológica, temperaturas excessivamente altas também provocam libertação
desnecessária de odores indesejáveis. Essa gama de temperatura para a maior parte
dos substratos orgânicos situa-se entre 50-60ºC. O nível de temperatura é importante
não só por uma questão de velocidade de reacção química, mas também porque em
compostagem ele permite uma pasteurização da massa em fermentação, obtendo-se
um produto final (composto) isento de risco para a saúde pública. Durante a
pasteurização as populações microbianas patogénicas inicialmente presentes nos
resíduos são progressivamente substituídas por bactérias e fungos não infecciosos. Os
tempos e temperaturas de exposição mais adequados à pasteurização serão
comentados mais adiante, aquando da descrição dos impactos ambientais, mas
considera-se que 48 h a 50ºC são condições geralmente adequadas.
Em resumo, verifica-se que a correcta operação de compostagem exige um
compromisso entre velocidade de reacção, redução de patogénicos, e produção de
odores. Este compromisso consegue-se, para a grande maioria dos substratos,
mantendo a temperatura na gama de 50-60ºC. Para conseguir estabilizar a temperatura
nesta gama o calor produzido por oxidação microbiológica tem que ser parcialmente
removido, o que se consegue essencialmente por arejamento controlado; este remove
o calor em excesso não só pelas convexões forçada e natural mas também por
arrefecimento provocado pela evaporação da humidade do resíduo (Fig. 9).
Figura 9-Controle do processo de compostagem: interacção temperatura e arejamento numa
pilha estática. (a)Perfil óptimo de evolução, (b)Elementos do sistema de controle por retroacção.
Verifica-se tanto teoricamente como empiricamente que durante o período de maior
actividade biológica (termófilo) o caudal de ar necessário para o controlo de
temperatura (arrefecimento) é muito superior ao necessário para a oxidação
microbológica; assim, desde que esteja assegurado o controlo de temperatura está
também assegurado automaticamente o fornecimento de O2 à respiração
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microbiológica (estequiometria da reacções 1 e 2 vistas atrás). Geralmente o caudal de
ar necessário na fase termófila pode ser estimado pela relação:
0,11 (1,066)T
expresso em [mg. (O2)/h - g (matéria volátil inicial)], com T(ºC).
O arejamento fornece o oxigénio necessário à oxidação e remove o calor e o vapor de
água formados. O caudal de ar tem de ser tal que a concentração de oxigénio não
baixe além do 14 - 17% (vol), i.e., quando cerca de 1/3 do oxigénio inicial foi
consumido; abaixo de 10% de oxigénio o processo decorre por mecanismo diferente.
Como o oxigénio é convertido num volume equivalente de CO2, a concentração deste
nos gases é também um bom índice, não devendo exceder 3 - 6% (vol). Estes valores
são particularmente importantes na fase termófila.
Os gases de escape saem saturados em vapor, à temperatura da massa. A 60oC
verifica-se tipicamente que partindo de 1 m3 de ar:
se libertam 23,5 KJ de energia
se libertam 130 g de vapor
se consomem 25 g de C do composto (a 10% CO2).
Durante a compostagem, cerca de 50% do carbono inicial é libertado sob a forma de
CO2. Nestas condições, sabida a composição dos resíduos iniciais, pode calcular-se
também, independentemente, a quantidade de ar para a estabilização. Como os valores
anteriores se referem somente à fase termófila, de maior intensidade, eles são
conservadores (por defeito).
Humidade
Em teoria seria desejável conduzir o processo como no caso de lamas activadas,
fazendo o arejamento forçado duma suspensão orgânica contendo cerca de 100% de
água. Dados os elevados volumes de efluente a tratar que daí resultariam esta técnica
seria praticamente irrealizável, preferindo usar-se o material simplesmente húmido,
com cerca de 55% de água; teores superiores a este conduzem à colmatação dos poros
dificultando o acesso de oxigénio, já que o coeficiente de difusão do O2 na água é
cerca de 10000 vezes inferior comparativamente ao do mesmo coeficiente no ar.
Granulometria
O material deve ser moído até 2-7 cm de tamanho para assegurar uma boa
transferência de massa (oxigénio) e de calor (uniformidade de temperatura). Se o
material a compostar for lamas de ETAR, ou análogo, será necessário juntar um
agente de porosidade ("bulking"), que é um material orgânico ou inorgânico de
dimensões suficientes para fornecer um suporte estrutural e conferir uma certa
porosidade quando adicionado. O agente de "bulking" mais usado é constituído por
cavacos de madeira, ou estilha de madeira, mas também se usam pneus triturados,
cascas de amendoim, aparas de árvores, etc. Por vezes é necessária a separação e
reutilização do agente bulking devido aos grandes volumes vulgarmente usados e aos
elevados custos dos materiais, tais como os cavacos.
15
Inóculo ou Sementeira (“seeding”)
Para acelerar o processo usa-se por vezes um inóculo específico. Em vez disso pode
também reciclar-se 1-5% do material em decomposição dentro do reactor. No caso de
introdução de lamas provenientes do tratamento de esgotos o objectivo, mais do que
"seeding" é fornecer a água necessária aos resíduos sólidos e alguns nutrientes
(especialmente azoto). A inoculação não altera a velocidade nem o rendimento global
de compostagem, mas abrevia (apenas ligeiramente) a sua duração total por reduzir o
período de atraso (“lagging”) inicial; contudo comparado com o tempo total do
processo este encurtamento não é significativo.
Agitação
Em sistemas de “windrow” é importante garantir a transferência de massa e de calor,
tal como era exigido também no caso da granulometria; para isso a pilha necessita de
uma agitação periódica o que se consegue por remeximento, ou revolvimento. A
agitação tem ainda o efeito de evitar a colmatação dos poros por condensação de
vapor de água nas zonas mais frias, e evitar a aglomeração do sólido (por efeito de
secagem exagerada em zonas preferenciais) com o consequente escoamento
preferencial do ar ("channelling"). Em sistemas estáticos o efeito de arejamento é
conseguido à custa da introdução de um agente de porosidade, já que aqui a
transferência de massa e de calor se fazem exclusivamente por convexão natural.
Em resumo, o processo de compostagem (em especial no caso da compostagem
acelerada) para atingir elevadas eficiências, deve ser controlado nos seguintes limites
de parâmetros operacionais:
granulometria: 3 - 13 mm
C/N entre 20 e 40, e conter o mínimo de outros nutrientes indispensáveis
humidade: 45 - 65% (55% óptimo para a maioria dos materiais)
temperatura: 45 – 65ºC
pH: 5,5 - 9
agitação suave ou lenta, para homogeneização
caudal de ar tal que a concentração de oxigénio não desça dos 5% (no mínimo)
3. EQUIPAMENTO E TECNOLOGIAS
A tecnologia de compostagem de RSU é descrita com profundidade em vários livros,
hoje considerados como obras de referência (AGTHM, 1985; Gotaas, 1956; Haug,
1993; Martin, 1991; Mustin, 1987; Satriana, 1974; Tchobanouglous et al., 1993).
Conceptualmente, a compostagem desenrola-se em três fases, que são comuns à
maioria dos processos, e que são:
1-Preparação dos resíduos. O pré-tratamento dos resíduos antes da compostagem
inclui a trituração até 7 cm de diâmetro (moinhos de martelos) e separação de
materiais não compostáveis: inorgânicos (metal, vidro) e orgânicos (plásticos); esta
separação é feita em crivos rotativos (trommel) ou por elutriação com ar, ou em
separadores balísticos e magnéticos.
16
2-Digestão. Pode ser feita ao ar livre (processo natural, em "windrows"), ou confinada
(processo mecânico, acelerado). Os vários tipos de equipamento serão discutidos mais
adiante.
3-Purificação e estabilização. A estabilização final da matéria orgânica (maturação)
não ocorre no reactor durante a compostagem convencional; esta impraticabilidade
deve-se ao excessivo tempo que seria necessário. No entanto é muito importante saber
quando é que um composto atinge o grau suficiente de maturidade, por várias razões,
tais como: (1) saber quando é que um composto está em condições de ser usado na
produção agrícola, pois um grau de compostagem insuficiente pode ser prejudicial às
culturas (por apresentar fitotoxicidade); (2) saber quando é que o material está livre de
patogénicos, maus cheiros e outros factores maléficos. À saída da digestão o material
pode ainda sofrer nova operação de moagem e separação para melhorar o aspecto
(textura uniforme) e para remoção de componentes inaceitáveis (vidros, plásticos)
antes de ser finalmente ensacado.
A Fig. 10 mostra o flow-sheet geral duma instalação de compostagem.
Figura 10 - Fluxograma para a compostagem de lixo urbano (RSU)
Existe hoje em dia uma grande diversividade de equipamento para compostagem, que
seria difícil de descrever na totalidade em pormenor. Contudo verifica-se que
praticamente todo o equipamento se resume a dois tipos conceptuais (Tabela 4):
Tabela 4-Tipos gerais de sistemas de compostagem
SISTEMAS ABERTOS
(pilhas, medas)
SISTEMAS CONFINADOS
(reactores)
Com arejamento natural e
remeximento (“windrow”)
Verticais
Horizontais
Tambor rotativo Com arejamento forçado e estático
Na Fig. 11 estão representados esquematicamente estes conceitos.
17
Figura 11 - Tipos conceptuais de equipamento de compostagem
Vejamos alguns destes reactores mais em pormenor.
3.1-PILHAS DO TIPO “WINDROW”
Uma vez construídas estas pilhas não são mecanicamente agitadas. A ventilação faz-
se por difusão molecular do O2 e por convexão natural do ar: o núcleo interior
(“miolo”) está quente (devido ao calor de reacção), pelo que o ar mais quente tende a
subir, sendo compensado por entrada de ar fresco por baixo (convexão natural – ver
Figuras 5 e 11A). Uma vez que não há agitação mecânica (como nos sistemas
confinados) há tendência para surgirem dois tipos de problemas:
haver compactações locais, visto que o material ao fermentar diminui de volume (gasificação
do sólido), criando-se zonas anóxicas e, entre elas, zonas ou canais de escoamento preferencial
(“channeling”),
a parte exterior da pilha, em contacto com o ar ambiente, permanece sistematicamente mais
fria e seca, impedindo a evolução normal do processo
Para obviar estes inconvenientes as pilhas são reviradas ou revolvidas periodicamente
(1 a 2 semanas), para garantir a manutenção duma adequada porosidade. Esta é a
principal função do revolvimento, embora outra vantagem seja a re-oxigenação do
18
interior; contudo este é de curta duração pois rapidamente se esgota o O2 nos poros.
No caso de materiais mais finos (lamas de esgoto, por ex.), além do revolvimento faz-
se a adição de agente de porosidade (cavacos ou estilha de madeira, casca de pinheiro,
etc) o qual não sendo degradável é mecanicamente separado no final do processo para
posterior reciclagem nas novas pilhas. Quanto ao equipamento usado no
revolvimento, para pequena escala de operação, um simples trator com pá frontal é
suficiente (Fig. 12), mas para uma escala maior usam-se máquinas especialmente
concebidas ou dedicadas, umas acopláveis a um tractor que fornece simultaneamente a
mobilidade e a potência para o remeximento, outras auto-suficientes em energia
mecânica. A operação mecânica está ilustrada na Fig. 13.
Figura 12-Tipos de equipamento para revolvimento de pilhas de compostagem (pá de tractor)
Figura 13-Tipos de equipamento para revolvimento de pilhas de compostagem (tractor auto-
suficiente)
19
3.2-PILHA ESTÁTICA COM AREJAMENTO FORÇADO
A configuração é a mesma de “windrow” (incluindo a adição de agentes de
porosidade) excepto que o arejamento é forçado com o auxílio dum ventilador que
insufla ar por uma grelha multiperfurada na base da pilha (Fig.s 11B e 14). A
ventilação é contínua, mas o caudal de ar injectado é variável ao longo do processo de
modo a manter a temperatura constante (controle de temperatura por rectroacção sobre
o caudal de arejamento, Fig. 9B). Recordar que a função do arejamento é controlar
duas variáveis importantes do processo: concentração de O2 e temperatura. A primeira
não deve ser inferior a cerca de 17% O2 nos gases de saída e a segunda deve situar-se
na gama 50-60ºC, dependendo do substrato.
Figura 14 - Configuração de pilha estática com arejamento forçado.
Entre o tipo de “windrow” e o de pilha com arejamento forçado há ainda um sistema
intermédio chamado de arejamento passivo. Neste a pilha é montada sobre uma grelha
de tubos perfurados (abertos ao ar nas duas extremidades). Fazendo-se o arejamento
por efeito de túnel: a convexão continua a ser natural mas é mais eficiente. Neste caso
não há revolvimento.
3.3-REACTORES FECHADOS
1-Verticais. Têm mais de 4 m de altura e são do tipo silo (Fig.s 11D e 15). O material
é introduzido pelo topo, cai por gravidade e é recolhido no fundo. O ar é insuflado em
contra-corrente com os sólidos. Devido ao longo trajecto que os gases têm de
atravessar (altura elevada do silo) o controlo de temperatura e de concentração de O2 é
mais difícil de realizar do que nas pilhas estáticas, visto que se originam gradientes
apreciáveis daqueles parâmetros ao longo do reactor. Estes inconvenientes são
minimizados invertendo periódicamente o sentido do fluxo de ar ou insuflando este
horizontalmente. Estes reactores são usados mais frequentemente para lamas de
ETAR do que para RSU.
20
Figura 15 – Reactor de compostagem vertical
2-Horizontais. Nesta configuração a altura de resíduos é menor (cerca de 2-4 m), pelo
que a trajectória do ar insuflado pela base origina menores gradientes de concentração
e de temperatura do que nos reactores verticais (Figs. 11B e 16). O controlo destes
dois parâmetros é feito pelo mesmo mecanismo de rectroacção usado nas pilhas
estáticas. Por vezes estes reactores podem ter agitação mecânica e fluxo alternado do
ar insuflado.
Figura 16 – Reactor de compostagem horizontal (com agitação)
21
3-Tambor rotativo (tipo DANO). Os resíduos são introduzidos numa das extremidades
do tambor (dimensões aproximadas: 2-4 m , e até 45 m de comprido, rodando entre
0,5 e 2 rpm) e depois recolhidos no outro extremo; para permitir o deslocamento
natural no interior por queda por gravidade o tambor é ligeiramente inclinado para a
saída (Fig. 11C); a configuração é semelhante à de um forno de “clinker”. O ar é
insuflado em contracorrente com os resíduos. A rotação também permite uma melhor
homogeneização e trituração dos resíduos, e obviar os gradientes de concentração e de
temperatura.
Comparando os vários tipos equipamento verifica-se que os de sistema fechado têm
maiores custos de investimento e de operação comparativamente com os abertos. Por
essa razão o tempo de residência dos resíduos no interior dos primeiros é mantido no
mínimo (cerca de 1 semana nos verticais e 2-3 dias nos de tambor) e restringido
essencialmente à fase mais activa (termófila); daí que após a saída do reactor o
produto tenha de sofrer ainda uma estilização em parque fechado e arejado por mais
cerca de 3-4 semanas, para completar o processo de compostagem, em particular a
cura ou maturação (fase em que se formam os compostos húmicos responsáveis pelas
características de fertilização do composto). A compostagem em “windrow” tem
custos relativamente baixos, mas pode tornar-se dispendiosa em termos de
necessidade de terreno.
Para finalizar faz-se um resumo comparativo das características operacionais dos
vários de equipamento (Tabela 5).
Tabela 5-Características operacionais típicas dos sistemas de compostagem
Tecnologia
Substrato
Tempo necessário
Compostagem activa Maturação
Gama Típico
1-Pilha estática
sem revolvimento
(compostagem
passiva)
-Resíduos verdes
(jardim, parque,
horta)
2 – 3
anos
2
anos
Não necessita
2-Pilha estática
com revolvimento
infrequente
-Resíduos verdes
1/2 – 1
ano
6
meses
4
meses
-Estrumes 4 – 8
meses
6
meses
1 – 2
meses
3-Pilha estática
com revolvimento
frequente
-Estrumes 1 – 4
meses
2
meses
1 – 2
meses
4-Pilha estática
com arejamento
forçado
-Lamas 3 – 5
semanas
4
semanas
4 – 8
semanas
5-Reactor de
tambor
-Lamas
-RSU
3 – 8
dias
- 2
meses
6-Reactor de silo
vertical
-Lamas
-RSU
1 – 2
semanas
- 8 semanas
Indicam-se também, na Tabela 6, as gamas de condições operatórias típicas dos
sistemas de compostagem (independentemente da tecnologia usada).
22
Tabela 6-Condições operatórias dum processo de compostagem típico Parâmetro Gama genérica Gama preferida
Razão ponderal C/N 20-40 25-35
Humidade (%) 40-65 50-60
Concentração de O2 (%) >5 >12
Granulometria (mm) 3-13 (1)
pH 5,5-9 6,5-8,0
Temperatura (ºC) 45-65 55-60
(1) Depende da natureza do substrato
4- IMPACTOS
Uma análise típica dum composto deve indicar pelo menos o teor em matéria
orgânica, em humidade, e em inertes. Acessoriamente, em aplicações agrícolas mais
específicas pode ser necessário analisar também os teores em metais pesados tóxicos,
a biodisponibilidade em nutrientes (poder fertilizante), e a fitotoxicidade (ensaios de
germinação, testando o desenvolvimento de certas sementes; é conhecido p.ex., que na
fase final termófila, o composto é inibidor do crescimento vegetal).
A Tabela 7 dá uma ideia das características típicas dum composto.
Tabela 7 - Composição típica de um composto (% em peso)
a) GERAL:
Humidade 30 - 50 %
Orgânicos 10 - 30 %
Inertes 30 - 70 %
pH ( 1: 10 ) 6 - 9
Tamanho ( mm ) 2 - 10
Alcalinidade ( CaO ) 1 - 20
Sais totais ( KCl ) 0,5 - 2,0
b) ELEMENTAR (base seca):
N 0,1 - 1,8%
P ( P2O5 ) 0,1 - 1,7% (0,2-3,8%)
K ( K2O ) 0,1 - 2,3% (0,1-2,8%)
S 0,5 - 3,0%
Fe 0,8 - 1,5%
B 60 - 360 ppm
Cd 15 - 40 ppm
Cu 90 - 260 ppm
Zn 800 - 1200 ppm
Pb 200 - 400 ppm
Hg 1 - 5 ppm
Mais do que o valor nutriente é o teor em matéria orgânica que interessa ao solo visto
que é a matéria orgânica que:
(i) melhora as características físicas (porosidade, friabilidade) do terreno,
tornando-o fácil de lavrar, e suporta os vermes (que mantêm a porosidade, facilitando
o acesso do ar, a percolação das águas da chuva, reduzindo assim o escoamento
superficial e erosão).
(ii) aumenta a capacidade de retenção de água do terreno (300 - 500% de
água) facilitando a sobrevivência do coberto vegetal nos períodos de seca.
(iii) reduz o arraste dos fertilizantes pela água das chuvas, retendo estes; outra
forma de retenção de N e P é conseguida à custa da conversão, pela matéria orgânica,
das suas formas solúveis numa forma orgânica incorporada no tecido celular dos
23
microorganismos, que após a sua morte, deixam aqueles dois nutrientes disponíveis
no solo para as raízes.
(iv) acelera a actividade biológica essencial ao crescimento das raízes.
(v) solubiliza sais minerais inorgânicos (p.ex. fosfatos), tornado-os acessíveis
às raízes.
Contudo, para além destes constituintes macroscópicos, também poderá
potencialmente entrar na composição do composto uma série de elementos orgânicos
e inorgânicos com carácter tóxico (Amlinger, 2004), dependendo da constituição do
resíduo original a partir do qual o composto foi obtido, condicionando portanto a
qualidade deste. Assim, a qualidade do composto pode constituir um impacto
potencialmente negativo para o Ambiente e Saúde Pública, aquando da sua aplicação
nos solos, através desta contaminação sucessiva.
Para além disso, não só durante o processo de compostagem como na posterior
aplicação no terreno, podem libertar-se odores prejudiciais à Saúde Pública.
Analisaremos estes dois aspectos separadamente: Qualidade do composto
(contaminação) e libertação de odores.
4.1-QUALIDADE DO COMPOSTO (CONTAMINAÇÃO)
A qualidade tem sido objecto de muita discussão a nível da EU e pode encarar-se em
três contextos diferentes: (a) no do estabelecimento de parâmetros de qualidade
física, química e microbiológica, (b) no da atribuição do Rótulo Ecológico (como
“soil improver”, ou “growth medium”) e (c) na definição dos parâmetros
operacionais da tecnologia de tratamento biológico.
Estabelecimento de parâmetros de qualidade física, química e microbiológica
A contaminação diz respeito a plásticos, metais, vidros, e patogénicos. O problema
existe apenas quando há recolha indiferenciada de lixo. Actualmente, e para o evitar,
há tendência para a recolha selectiva de fracção orgânica na origem (biosólidos).
Os metais pesados inicialmente presentes nos resíduos, e que após moagem ficam
aderentes à matéria orgânica, podem aparecer no produto final e penetrar na cadeia
alimentar através do terreno, se os seus teores não forem controlados. São eles:
a)Hg: proveniente de baterias de carros, e desperdícios hospitalares,
fotográficos, rádios, etc.
b)Cd: proveniente de tintas (usado como pigmento) e plásticos (usado como
estabilizador); ainda de películas protectoras anticorrosivas de metais.
c)Cu e Zn: provenientes da corrosão metálica, tintas (usados como pigmentos)
e corantes.
d)Boratos: provenientes de adesivos em cartão de embalagem.
Embora o cobre e zinco sejam essenciais, em micro quantidades, ao desenvolvimento
vegetal, são tóxicos em quantidades suficientemente elevadas. Não existem
infelizmente normas de regulamentação do teor em metais dos compostos obtidos por
24
fermentação dos resíduos urbanos, nem nacionais nem da União Europeia. Contudo
praticamente todos os países europeus têm as suas próprias normas internas e que são
bastante variáveis (Hogg et al., 2002). Normalmente verifica-se que o teor em metais
das lamas domésticas é sistematicamente superior ao do dos compostos urbanos. Dado
existir uma Directiva Comunitária para a aplicação daquelas lamas nos solos agrícolas
(Directiva 86/278/CEE de 12 de Junho, transposta para a legislação nacional através
do Dec-Lei Nº 118/2006, de 21 Junho, o qual veio actualizar o Dec-Lei Nº 446/91 de
22 de Novembro; este foi recentemente regulamentado pelo Despacho Nº 309-G/2005
de 19 Abril) deve, para efeitos comparativos utilizar-se esta Directiva, garantindo
assim uma margem de segurança adicional. A Tabela 8 indica os níveis permitidos.
Tabela 8-Níveis de metais pesados permitidos em lamas domésticas para aplicação agrícola
(Directiva 86/278/CEE de 12 de Junho)
Metal Cádmio Cobre Níquel Chumbo Zinco Mercúrio Crómio
Limites
(ppm)§
20-40 1000-1750 300-400 750-1200 2500-4000 16-25 1000-1750
§ O mesmo que [mg/kg]. Sempre referidos a base seca, e para uma gama de pH. Notar ainda que a taxa
de aplicação no solo está também regulamentada na mesma Directiva, em função do teor do solo nos
mesmos metais.
O Dec-Lei Nº 118/2006, de 21 de Junho, estabeleceu o regime a que obedece
a utilização de lamas de depuração em solos agrícolas, transpondo para a ordem
jurídica nacional a Directiva 86/278/CEE, do Conselho de 12 de Julho, relativa à
valorização agrícola de lamas de depuração, de forma a evitar efeitos nocivos para o
homem, para a água, para os solos, para a vegetação e para os animais e para
promover a sua correcta utilização.
Por outro lado, vidros e plásticos que tenham acompanhado a matéria orgânica ao
longo do processo, interferem na manipulação do composto e na alimentação animal.
Finalmente, do ponto de vista bacteriológico, a menos que as condições de operação
não tenham sido adequadas, praticamente todos os patogénicos são destruídos (Tabela
9). As bactérias patogénicas e outros microorganismos perigosos encontram-se em
Tabela 9 - Condições ambientais para destruição dos patogénicos e parasitas mais comuns
ORGANISMO OBSERVAÇÕES
_______________________________________________________________________________
Salmonelia typhosa Nenhum crescimento para além de 46oC; morte em 30 min a 55 -60oC
e em 20 min a 60oC; destruição em pouco tempo com o composto no
meio ambiente.
Salmonelia sp. Morte em 1h a 55oC e em 15 -20 min a 60oC.
S higella sp. Morte em 1h a 55oC.
Escherichia coil A maioria morre em 1h a 55oC e em 15 -20 min a 60oC.
Entamoeba histolytica, cisto Morte em poucos minutos a 45oC e em poucos segundos a 55oC.
Taenia saginata Morte em poucos minutos a 55oC.
Trichinella spiralis, larva Morte rápida a 55oC; morte instantânea a 60oC.
Brucella abortus ou B. suis Morte em 3 min a 62 - 63oC e em 1h a 55oC.
Micrococcus pyogenes var,
aureus Morte em 10 min a 50oC
Streptococcus pyogenes Morte em 10 min a 54oC.
Mycobactyerium Tuberculosis
var hominis Morte em 15 -20 min a 66oC ou após aquecimento momentâneo a
67oC.
Corynebacterium diphtheriae Morte em 45 min a 55oC.
Necator americanus Morte em 50 min a 45oC.
Ascaris lumbricoides, ovos Morte em menos de 1h a temperaturas superiores a 50oC.
25
condições de competição biológica desfavorável, devido à intensa proliferação de
espécies microbiológicas de biodegradação em meio aeróbio com temperatura e
humidade elevadas e formação de antibióticos. Para os organismos patogénicos, o
lento e progressivo aumento de temperatura, do início da fermentação, em meio
húmido e rico em substâncias orgânicas nutritivas provoca a aceleração do
metabolismo dos ovos de parasitas. Assim, a rápida eclosão e evolução dos ovos até
às formas de vida mais vulneráveis, causa a própria exterminação dos parasitas devido
à temperatura elevada então atingida.
O diagrama da Figura 17 mostra as condições ambientais necessárias para
pasteurização da massa em compostagem. Notar contudo que a pasteurização
completa pressupõe que toda a massa esteja nas condições indicadas; na prática, por
Figura 17-Condições ambientais necessárias para pasteurização durante o processo de
compostagem (adaptado de Feachem et al., 1983)
razões que se prendem com dificuldades de homogeneização da mistura sólida não é
fácil de garantir uma transferência de calor tão eficiente que promova uma
temperatura tão uniforme, pelo que é necessário usar um factor de segurança.
26
Atribuição do Rótulo Ecológico como “soil improver” (ou “growth médium”)
A qualidade do composto para efeito de atribuição do Rótulo Ecológico (baseado
essencialmente na Análise de Ciclo de Vida) é regulamentada pela Decisão 98/488/EC
(7 de Julho), que foi actualizada pela Decisão 2001/668/EC (28 de Agosto). Esta
regulamentação ainda está a ser revista. Os limites de concentração de metais pesados
exigidos são mais restritivos do que os constantes da antiga Directiva 86/278/EC (12
de Junho) para lamas biológicas; eles estão indicados na Tabela 10, juntamente com
outros regulamentos Comunitários.
Tabela 10-Limites de concentração e metais pesados em bioresíduos fermentados: comparação da
legislação existente (i)para lamas como fertilizantes de solos, (ii)para o Rótulo Ecológico e (iii)a
emanada do Grupo de Trabalho da DGXI (EU)
Metal
Limite de concentração, mg/kg (bs)
Directiva
86/278/CE
(lamas) (1)(4)
Decisão
2001/668/CE
(rótulo
ecológico) (5)
Grupo de trabalho em bioresíduos, da EU/DGXI (2)
Composto
Estabilizado (3)
Classe 1 Classe 2
Zn 2500-4000 300 200 400 1500
Cu 1000-1750 100 100 150 600
Ni 300-400 50 50 75 150
Cd 20-40 1 0,7 1,5 5
Pb 750-1200 100 100 150 500
Hg 16-25 1 0,5 1 5
Cr 1000-1750 100 100 150 600
Mo (1)
2
Se (1)
1,5
As (1)
10
F (1)
200 (1) Só para composto a partir de resíduos industriais (2)
EU (2001), Report DG ENV A2/LM/biowaste (2nd Draft) (3)
Proveniente da biometanização (digestão anaeróbia) (4)
Transposta pelo Dec-Lei Nº 446/91 (22 Nov); actualizado pelo Dec-Lei Nº 118/2006 (21 Junho) (5)
Actualiza a Decisão 98/488/CE (7 Junho)
Também são impostos outros limites, como:
-Contaminantes físicos (metal, vidro, plástico): <0,5%
-N org <2% e N inorg <20% do N total
-Samonella: ausente em 50 g
-E. Coli: <1000 MPN/g (MPN = most probable number)
Além disso a rotulagem do produto deve indicar os seguintes parâmetros: humidade,
SV, razão C/N, pH, N total, P, K, teste de maturação, condutividade eléctrica.
Definição dos parâmetros operacionais da tecnologia de tratamento biológico
A optimização das condições operatórias das tecnologias de fermentação de
bioresíduos, com vista a minimizar os impactos no Ambiente e Saúde Pública dos
produtos dos respectivos processos, está actualmente em discussão na União Europeia
(EU, 2000); especificamente serão normalizados os seguintes aspectos:
27
-no seu Anexo I, quais as substâncias no novo CER-Catálogo Europeu de Resíduos
(Decisão 2000/532/CE, de 20 Dez) que podem ser consideradas como bioresíduos
-a obrigatoriedade de recolha separativa na origem dos bioresíduos; para os RSU
residuais (i.e., que não foram separados selectivamente, ou que resultam de refugo de
outros processos de tratamento) destinados a aterro sanitário deverão ter um Índice de
Actividade Respiratória após 4 dias (IAR4) inferior a 10 mg O2/gSV ou, em alternativa,
um Índice Dinâmico de Respiração (IDR) abaixo de 1000 mg O2/h.KgSV.
-que durante o processo de compostagem em pilha os resíduos devem ser expostos a
temperaturas > 55ºC (2 semanas) ou > 65ºC (1 semana); para compostagem em
reactor deverá ser > 60ºC (1 semana); para biometanização deverá ser > 55ºC (mínimo
de 24 horas), com tempo de retenção hidráulico superior a 20 dias
-os limites de concentração em metais pesados não devem exceder os indicados na
Tabela 10 atrás
-os parâmetros de qualidade do produto serão monitorizados mensalmente (em
instalações de capacidade superior a 10000 t/a de produto), e incluir as seguintes
análises: ST, SVT, densidade, condutividade eléctrica, pH, N, P, K, Ca, Mg, B, Mo,
IAR4, IDR, Salmonella spp, Clostridium perfringens, índice de germinação, metais
pesados (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg), PAHs, PCBs, índice de odor.
4.2-ODORES
A emanação dos odores é inevitável, mas pode ser tecnicamente controlada entre
limites aceitáveis, em particular nos processos mecanizados (confinados); o mesmo
não acontece sempre, contudo, nos processos naturais, em que a dispersão pelo vento
de papel, plástico, etc., pode originar um problema ambiental adicional.
Alguns dos compostos orgânicos responsáveis pela formação de odores durante a
compostagem estão indicados na Tabela 11.
Tabela 11-Compostos orgânicos responsáveis pela formação de odores em compostagem
(adaptado de Miller and Macauley, 1998)
Composto
Fórmula
Limite de
Detecção
olfactiva
(nl/l)
Etanal CH3CHO 2
Ácido butanóico CH3CH2CH2COOH 0,28
Amoníaco NH3 37
Trimeti-1-amina (CH3)2N 4
3-Metilindol (escatol) C6H5C(CH3)CHNH 7,5E-5
Ácido sulfídrico H2S 1,1
Sulfureto de carbonilo COS -
Sulfureto de dimetilo CH3S CH3 20
Dissulfureto de dimetilo CH3SSCH3 -
Sulfureto de dietilo CH3CH2SCH2 CH3 0,25
Sulfureto de metilo CH3SH 1,1
28
Sulfureto de etilo CH3CH2SH 0,016
As soluções técnicas, reflectem-se necessariamente nos custos finais (Mills, 1995). A
medida primária que deve tomar-se no sentido de minorar a formação de odores é a de
prevenção, ou seja realizar a fermentação nas condições tecnológicas optimizadas, tal
como de descreveu anteriormente. A emissão de odores pode ser tecnicamente
controlada entre limites aceitáveis, em particular nos processos mecanizados
(confinados). O mesmo nem sempre acontece nos processos naturais, em que a
dispersão de papel, plástico, etc., podem originar um problema ambiental adicional.
Actualmente o processo mais vulgarizado para tratar os gases do processo é por
biofiltração, usando o próprio composto como meio de suporte para o
desenvolvimento duma flora e fauna que assimilam o carbono orgânico desses
vapores. O problema é agravado pela inexistência de legislação que regulamente os
níveis de emissão e concentração aceitáveis. Nalguns países contudo, existem
actualmente “valores-guia” recomendados, sendo o método analítico invariavelmente
usado para a sua determinação o de olfactometria. Por exemplo na Alemanha
(Frechen, 1989) considera-se que é razoável admitir um valor-guia para a
concentração em que os percentis 95 a 97 não excedam 1 UO/m3 (UO = unidade de
odor). Na Holanda (Van Harreveld, 1991) o percentil 98 aceite é também de 1 UO/m3
(médias horárias). Nos EUA os valores recomendados variam muito geograficamente
(Haug, 1993): desde valores tão restritivos como percentis de 99,8 para 2 UO5 /m3, de
99,2 para 1 UO10 /m3 (médias horárias) a valores instantâneos ou de curta duração de
5 a 7 UO/m3. No quadro legislativo holandês (VROM, 21 de Março de 1995) são
estabelecidos dois limites para as concentrações que se poderão verificar nas áreas
envolventes de instalações geradoras de odores. Assim, relativamente ao P98 das
concentrações médias horárias, tem-se como limite inferior a concentração de odor de
1 UO/m3 (a concentração de odor de 1 UO/m3 não pode ser excedida mais do que 2%
do ano perto de zonas habitacionais), e como limite superior as 10 UO/m3 (a
concentração de odor de 10 UO/m3 não pode ser excedida mais do que 2% do ano
perto de zonas habitacionais), sendo estes limites aplicados para instalações já
existentes.
5-AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA
O processo de tomada de decisão entre opções de tecnologia ambiental é hoje bastante
facilitado pela existência de várias ferramentas de gestão ambiental. De entre estas, a
Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) é das mais importantes. A ACV tem como ponto
de partida um inventário de emissões de ciclo de vida, para no final se quantificarem
os impactos ambientais (categorias de impacto).
Na Avaliação de Ciclo de Vida todos os fluxos (materiais, energia, emissões gasosas,
líquidas, sólidas, etc.) que atravessam a fronteira do sistema em estudo são
contabilizadas para todo o ciclo de vida do processo/produto (“from craddle-to-
grave”). Deste inventário resulta uma quantidade muito grande de dados numéricos
que, para serem manipuláveis e interpretáveis têm de ser agrupados, através de
factores de equivalência adequados, em cargas ambientais globais, também
designadas por categorias de impacto (aquecimento global, depleção da camada de
ozono, eutrofização, depleção de energia, etc.). A especificação técnica desta
metodologia está descrita nas normas ISO (ISO 14040:1997, ISO 14041:1998, ISO
29
14042:2000 e ISO 14043:2000). Para a execução de ACVs existem actualmente
vários modelos matemáticos (Menke et al., 1996) e metodologias operacionais
(Guinée et al., 2000; Heijungs et al., 1992; Van den Berg et al., 1995; Jensen et al.,
1999). Uma das primeiras aplicações à gestão de resíduos, para ajudar à tomada de
decisões ambientalmente mais correctas foi feita pela Procter & Gamble (White et al.,
1996); depois disso foi apresentado um novo modelo dedicado (CSR, 2000). Outros
estudos de ACV foram já publicados na área de gestão de RSU (Sonesson, 2000;
Dalemo, 1999; Weitz et al., 1999; Denison, 1996; Camobreco et al., 1999;
Tsiliyannis, 1999; US EPA, 2002, Smith et al., 2001, Grant et al., 2003).
Numa ACV há que definir a “fronteira” do sistema em estudo, o que se mostra na
Figura 18 para a compostagem.
Figura 18-Definição da fronteira do sistema para a Avaliação do Ciclo de Vida dos processos de
tratamento biológico de resíduos sólidos por compostagem (OBS: ainda não está representada a
fase de utilização do composto final)
Na Tabela 12 resumem-se os dados de inventário referentes aos fluxos de materiais,
energia e emissões.
Tabela 12-Inventário de emissões na ACV do processo de tratamento biológico de resíduos
sólidos urbanos por compostagem. (White et al., 1996) Base: 1 ton resíduos (tal qual)
Fluxo ou Emissão
Composto produzido (kg) 500
Consumo de energia eléctrica (kWh) 30
Emissões atmosféricas (g):
CO2 320000
Águas residuais (g):
BOD 81
COD 137
Amónia 14
30
Emissões gasosas
A maior emissão (em volume) gasosa é a de CO2, que contribui fundamentalmente
para a categoria de impacto de aquecimento global (efeito de estufa). Na
compostagem o carbono orgânico biodegradável é praticamente todo convertido em
CO2. Apenas nalguns casos, em que o processo é deficientemente conduzido, com
formação de zonas anóxicas e anaeróbicas, uma pequena parte é convertido em CH4
(Notar que o efeito de aquecimento do CH4 é várias ordens de grandeza superior ao do
CO2, pelo que a sua contribuição para o aquecimento global pode não ser desprezável;
o CH4 também contribui adicionalmente para as categorias de impacto de formação de
agentes fotoquímicos (p. ex. “smog”)).
Calculemos a quantidade total de gases libertados nos dois processos, assumindo que
se parte dum RSU com tipicamente 50% de humidade: durante a compostagem cerca
de 40% do peso seco (SVT) é gasificado, produzindo-se cerca de 200 kg de gases.
Supondo que o que se decompõe é essencialmente celulose (que tem 44% de C), então
a produção de CO2 é de 323 kg (CO2)/ton RSUbtq (44/12*200=332), ou seja, em
termos volumétricos, é de aproximadamente164 m3
N (CO2)/ton RSUbtq. (Ver Tabela
18)
Para além do CO2, CH4 e H2O também se forma uma pequena quantidade de uma
gama muito grande de outros gases e vapores (odores, COV), como já foi referido
anteriormente. De entre esses vapores destacam-se, pelo seu significado ao nível de
saúde pública e de efeitos globais os seguintes: NH3, H2S, e hidrocarbonetos (COV).
Tanto o NH3 como o H2S contribuem essencialmente para a categoria de impacto de
acidificação; adicionalmente, o NH3 contribui também para a categoria de
eutrofização. Os COV (compostos orgânicos voláteis) contribuem essencialmente
para as categorias de depleção da camada de ozono (estratosférico) e formação de
agentes fotoquímicos.
Efluentes líquidos
A sua quantidade depende muito da natureza do resíduo e do processo tecnológico. Na
compostagem há uma evaporação significativa de vapor de água para a atmosfera; o
pouco lixiviado que se forma é recirculado nas pilhas. Na Tabela 13 resumem-se as
características dos efluentes líquidos na compostagem.
Tabela 13-Características físico-químicas dos lixiviados produzidos no tratamento biológico de
resíduos sólidos urbanos por compostagem (White et al., 1996)
Caixa Tambor
rotativo
Túnel
Quantidade (l/ton) 300 - -
Composição (mg/l):
CBO5 270-485 50-600 3300-7050
CQO 458-808 150-7000 6200-15100
N total 0-1 6-36 0-3
Resíduos sólidos
O resíduo sólido mais importante produzido na compostagem é obviamente o produto
final: composto. Dependendo do tipo de resíduos à entrada do processo, assim se
originarão outros resíduos, consistindo essencialmente nos materiais inorgânicos e
orgânicos não degradáveis separados no início do processo, e que por qualquer motivo
31
não são recicláveis ou incineráveis. Por exemplo se a instalação tratar bioresíduos (ou
seja, fracção biodegradável dos RSU recolhida separativamente, lamas de esgoto,
resíduos de alimentação e de jardins, etc.), não se produzirão quantidades
significativas de resíduos finais inertes para deposição em aterro.
Consumo energético
O consumo de energia nas instalações de compostagem depende do processo
tecnológico usado e está relacionado com as seguintes actividades: operações
mecânicas de manipulação de resíduos (transporte, moagem, crivagem), produção de
energia para aquecimento do reactor, transporte de fluidos, etc. Verificam-se valores
na gama 20-50 kWh (eléctricos), podendo considerar-se como valor típico o de 30
kWh /ton RSUbtq.
Os resultados duma ACV não são especificamente generalizáveis, pois dependem
muito da região ou país onde o processo de compostagem tem lugar.
Algumas conclusões genéricas podem contudo tirar-se. Como exemplo duma ACV
aplicada à compostagem, analisam-se a seguir resumidamente, os resultados dum
estudo de compostagem em pilha com revolvimento frequente da fracção orgânica
proveniente da recolha selectiva de RSUs numa região australiana; o estudo engloba,
para além das fases de produção do composto, o seu transporte (até 100 km) e
aplicação agrícola em culturas de vinha e algodão (ROU, 2003).
Numa ACV dum processo de compostagem, é feito o balanço entre as emissões
geradas ao longo do ciclo e as evitadas (“avoided”) como resultado dos benefícios da
aplicação no solo. Um exemplo característico é o balanço entre a geração de gases de
estufa (que promovem o aquecimento global, principalmente o CO2 resultante da
queima de combustíveis para a produção de energia necessária à produção e transporte
do composto) e as emissões esses mesmos gases que são evitadas (“avoided”) como
resultado da poupança de fertilizantes convencionais, biocidas e herbicidas, e água de
irrigação (ver adiante Capítulo 6.APLICAÇÕES). O mesmo raciocínio se aplica ao
consumo/produção de materiais e energia como recursos bióticos e abióticos.
Um dos impactos mais salientes do estudo referido acima (ROU, 2003) é o consumo
energético (electricidade e “fuel diesel”) total ao longo do ciclo de vida, o que tem
repercussões a nível das várias categorias de impacto ambiental.
Globalmente a Tabela 14 resume o balanço da avaliação do ciclo sob a perspectiva de
quais as categorias de impacto que são mais afectadas (positivamente e
negativamente).
Tabela 13 - Balanço global dos impactos do ciclo de vida da produção e utilização do composto
(ROU, 2003)
Categorias de impacto afectadas
positivamente
(Benefícios)
Categorias de impacto afectadas
negativamente
(Custos)
Aquecimento Global Formação de Agentes
Fotoquímicos (1)
Toxicidade Humana Depleção de Recursos
Abióticos
32
Ecotoxicidade (terrestre, e
aquática de águas
interiores)
Ecotoxicidade (aquática
marinha) (2)
Eutrofização (1)
Devido às emissões de CO, COVs, HC e NOx (combustão para
produção de energia e transporte)
(2)
Devido ao facto de que (no caso em estudo), os combustíveis (“fuel
diesel) serem produzidos e consumidos na região costeira marítima
Em termos globais conclui-se que as emissões de gases de estufa, de nutrientes
orgânicos (N, P, e K) (eutrofização) e de produtos tóxicos (ecotoxicidade e toxicidade
humana) resultantes da produção e distribuição do composto (custos), são mais do
que compensadas favoravelmente pelas mesmas emissões que foram evitadas
(“avoided”) como resultado da aplicação e uso do composto (benefícios); essas
emissões foram evitadas em consequência da correspondente redução potencial das
culturas em necessidades de água, fertilizantes, herbicidas, biocidas, e electricidade
(ver adiante Capítulo 6.APLICAÇÕES).
A situação inversa ocorre nas categorias de impacto de formação de agentes
fotoquímicos, de ecotoxicidade aquática (marinha) e de depleção de recursos, em que
os custos ambientais da produção e utilização do combustível para produção de
energia, excedem os benefícios virtuais resultantes da redução potencial das culturas
em necessidades de água, fertilizantes, herbicidas, biocidas, e electricidade.
A análise deste balanço de impactos fornece indicações úteis sobre quais os processos
e fases do ciclo de vida em que poderá haver modificações para diminuir os impactos
negativos.
6-APLICAÇÕES
Para finalizar faz-se uma breve referência às aplicações dum composto. O composto
pode ser utilizado como:
Fertilizante orgânico natural
Corrector de solos
Meio de cultura (em espaços verdes)
Material de cobertura (“mulching”)
Meio (suporte) para bioremediação (p.ex. de gases e vapores poluentes)
A aplicação do composto faz genericamente uso das suas características biocidas,
herbicidas, fertilizante orgânico natural e de condicionador físico e químico dos solos
(intercepção e captação de águas pluviais, melhoramento da estrutura, porosidade e
oxigenação das zonas radiculares, etc).
Os objectivos principais da aplicação de composto são portanto, naturalmente, de
redução de:
Erosão do solo (melhora a intercepção e captação de água, bem como a estrutura do solo)
Consumo de água (retenção de água)
33
Consumo de biocidas e herbicidas (evita a proliferação de ervas daninhas e pestes)
Consumo de fertilizantes
Além disso, o carbono do composto fica retido (“sequestrado”) no solo, em maior ou
menor grau de interacção física e química, em benefício da mitigação do aquecimento
global.
Notar no entanto que, depois de maturado e antes de aplicado no solo, o composto
deve ficar em repouso (em ambiente aeróbio) durante várias semanas até deixar de
diminuir de volume. Antes da aplicação ou armazenamento em local protegido poderá
ainda ser necessária a crivagem de forma a remover contaminantes (vidro, plástico,
etc.) ou material ainda não completamente transformado. A granulometria pode variar
consoante a aplicação: grânulos grandes para a agricultura e finos para a horticultura.
Das principais aplicações destacam-se portanto:
Cobertura (“mulching”) - O composto (pronto ou imaturo) pode ser espalhado pela
superfície do solo para fertilizar, reter a humidade e impedir o crescimento de ervas
daninhas. A camada de composto deve ter pelo menos 5 cm de altura e deve ser
aplicada, idealmente, algumas semanas antes das sementeiras.
Vasos e sementeiras - Para vasos e sementeiras não se deve empregar composto
imaturo visto que grande parte das plantas é sensível a substâncias fitotóxicas. O
composto deve ser misturado com terra numa proporção de 1:2 (uma parte de
composto para duas partes de terra).
Hortas e agricultura - O composto pode ser empregue como cobertura ou
incorporado no solo antes da sementeira ou plantação. A proporção de composto a
aplicar depende das necessidades das culturas e das características do solo.
Para além de ser aplicado como correctivo orgânico e na bioremediação, o composto
pode ser utilizado como material de enchimento na recuperação da paisagem de
antigas minas e pedreiras, na cobertura de aterros, na cobertura de valas e taludes, na
silvicultura, na floricultura e em campos de futebol e de golfe.
Um composto instável (não maturado) aplicado no solo vai continuar a decompor-se
rapidamente e cria limitações ao crescimento vegetal. Se assim for, é preferível
utilizar este composto como cobertura do solo (“mulching”).
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