DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE 2009 - … · do esterco, pela ação de bactérias, o que diminui o...

O PROFESSOR PDE E OS DESAFIOSDA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE

2009

Produção Didático-Pedagógica

Versão Online ISBN 978-85-8015-053-7Cadernos PDE

VOLU

ME I

I

SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO

PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL

CLÁUDIO PEREIRA DE JESUS

PRODUÇÃO DIDÁTICO-PEDAGÓGICA

CASTRO

2010

CLÁUDIO PEREIRA DE JESUS

PRODUÇÃO DIDÁTICO-PEDAGÓGICA

UNIDADE DIDÁTICA

Produção Didático Pedagógica, constituída na forma de Unidade Didática, apresentada à Secretaria de Estado da Educação – SEED como requisito parcial de participação no Programa de Desenvolvimento Educacional – PDE 2009/2010 na área de Disciplinas Técnicas.

Orientadora: Profª Dra. Akemi Teramoto de Camargo

CASTRO

2010

1. DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

Professor PDE: CLÁUDIO PEREIRA DE JESUS

Área PDE: Disciplinas Técnicas

NRE: Ponta Grossa

Professora Orientadora IES: Profª. Drª. Akemi Teramoto de Camargo

IES vinculada: Universidade Estadual de Ponta Grossa – UEPG

Escola de Implementação: Centro Estadual de Educação Profissional Olegário

Macedo

Público objeto da intervenção: Discentes da 2ª Série do Curso Técnico em

Agropecuária modalidade Integrado

2. TEMA: A Sustentabilidade Ambiental no Ensino Agrícola de Nível Médio

3. TÍTULO: Manejo Sustentável de Dejetos na Agropecuária.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6

2. JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 6

3. CONCEITOS ............................................................................................................ 7

3.1. RESÍDUOS ORGÂNICOS .................................................................................. 7

3.1.1. Decomposição de resíduos orgânicos ................................................................. 7

3.2. MATÉRIA ORGÂNICA ....................................................................................... 9

3.2.1. Efeitos da adição da matéria orgânica ao solo ................................................... 9

3.3. HÚMUS ............................................................................................................ 10

3.4. BIOGÁS ........................................................................................................... 11

3.5. BIOFERTILIZANTE.......................................................................................... 12

3.6. TEMPO DE RETENÇÃO HIDRÁULICA (TRH) ................................................ 13

4. SISTEMAS DE TRATAMENTO DE DEJETOS ...................................................... 12

4.1. ESTERQUEIRAS ............................................................................................. 13

4.1.1. Definição ................................................................................................................. 13

4.1.2. Vantagens ............................................................................................................... 13

4.1.3. Desvantagens ........................................................................................................ 14

4.1.4. Dimensionamento.................................................................................................. 14

4.1.5. Metodologia de construção .................................................................................. 16

4.2. COMPOSTAGEM ............................................................................................ 17

4.2.1. Definição ................................................................................................................. 17

4.2.2. Vantagens ............................................................................................................... 18

4.2.3. Desvantagens ........................................................................................................ 18

4.2.4. Dinâmica do processo .......................................................................................... 18

4.2.5. Fatores que afetam o processo de compostagem ........................................... 20


4.2.7. Etapas da produção .............................................................................................. 23

4.3. VERMICOMPOSTAGEM ................................................................................. 24

4.3.1. Definição ................................................................................................................. 24

4.3.2. Vantagens ............................................................................................................... 24

4.3.3. Desvantagens ........................................................................................................ 25



4.4. BIODIGESTOR ................................................................................................ 25

4.4.1. Definição ................................................................................................................. 25

4.4.2. Etapas do processo .............................................................................................. 26

4.4.3. Vantagens ............................................................................................................... 27

4.4.4. Desvantagens ........................................................................................................ 28



4.4.7. Metodologia de construção .................................................................................. 34

5. ATIVIDADES .......................................................................................................... 35

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 36

ANEXOS .................................................................................................................... 39

6

1. INTRODUÇÃO

Este material tem por objetivo servir como instrumento de apoio à

aprendizagem na construção de sistemas de armazenamento e/ou tratamento

de dejetos de animais que podem ser utilizados em uma propriedade rural.

Além dos aspectos puramente técnicos necessários para o entendimento dos

fenômenos químicos, físicos e biológicos que afetam os resíduos orgânicos e

da construção desses sistemas, procura provocar uma reflexão sobre aspectos

atinentes à responsabilidade que os profissionais da agropecuária e os

produtores rurais devem ter frente às questões ambientais e a sustentabilidade

da atividade, nos aspectos social, ambiental e econômico.

O local para a implantação do projeto denominado

“Aproveitamento de Dejetos na Atividade Agropecuária: uma perspectiva

à sustentabilidade” é o Centro Estadual de Educação Profissional Olegário

Macedo - CEEPOM, em Castro, PR. A intervenção será realizada no setor de

Bovinocultura de Leite dessa escola, que conta com 30 vacas em lactação e

que pretende ampliar em curto prazo seu plantel para 70 vacas em lactação.

Tendo em vista que há uma elevada produção de dejetos (fezes,

urina, água de higienização, resíduos de ração) nesse setor, pretende-se

adotar medidas para diminuir o impacto ambiental dessa atividade e implantar

sistemas que propiciem o aproveitamento racional dos resíduos como fontes de

nutrientes para as culturas e para a geração de energia.

2. JUSTIFICATIVA

A destinação inadequada dos resíduos de animais não é um

processo inócuo ao meio ambiente e acarreta vários inconvenientes na

propriedade rural.

O principal problema relacionado ao manejo inadequado dos dejetos

é, sem dúvida, a poluição do meio ambiente. Essa poluição se dá na forma de

lixiviação de nutrientes para o lençol freático, rios e lagos (diminuindo a

potabilidade da água) e através da liberação de gases nocivos na atmosfera,

7

como o dióxido de carbono e o metano, que provocam o efeito estufa. Além

disso, conforme afirma Votto (2004), permitem a formação de condições ideais

para a proliferação de moscas e de agentes causadores de infecções, como a

meningite e a cólera.

Uma das estratégias para minimizar o impacto ambiental é a adoção

da reciclagem desses resíduos, de forma a permitir geração de energia

renovável e/ou a estabilização da matéria orgânica, por meio da fermentação,

antes do uso como adubo.

Assim, serão adotados os seguintes sistemas de tratamento de

dejetos no CEEPOM: esterqueira, compostagem, vermicompostagem e

biodigestor.

3. CONCEITOS

3.1. RESÍDUOS ORGÂNICOS

São materiais provenientes de plantas, animais ou descarte de

indústrias ou residências em sua forma natural ou estágio inicial de

decomposição.

3.1.1. Decomposição de resíduos orgânicos

A decomposição de resíduos orgânicos consiste na transformação

de compostos orgânicos complexos em compostos mais simples. Pode ser

aeróbica ou anaeróbica. A decomposição aeróbica é realizada por

microorganismos que vivem exclusivamente na presença de oxigênio. A

decomposição ou fermentação anaeróbica é um processo pelo qual algumas

espécies de bactérias, que atuam na ausência de oxigênio, atacam a estrutura

de materiais orgânicos complexos, para produzir compostos simples: metano,

dióxido de carbono e água, extraindo simultaneamente, a energia e os

compostos necessários para seu próprio crescimento. A fermentação ou

8

digestão anaeróbica é uma decomposição biológica natural de matéria

orgânica em um ambiente controlado, na ausência de oxigênio (MATTEW et al,

2004). Nesse processo, as bactérias fazem a decomposição das matérias

protéicas e carbonadas, produzindo biogás e biofertilizante (MORTLEY, 1986).

3.2. MATÉRIA ORGÂNICA

São compostos orgânicos provenientes de vegetais ou animais que

sofreram ou não a ação de microorganismos, não dependendo, portanto, do

grau de decomposição em que se encontram. É formada pelos seguintes

componentes: húmus, gorduras, resinas, ceras, sacarídeos, nitrogênio orgânico

e compostos de fósforo (MANAHAN, 1997).

3.2.1. Efeitos da adição da matéria orgânica ao solo

A matéria orgânica interfere nas propriedades físicas, químicas e

biológicas do solo.

De acordo com Manahan (2005), ao ser adicionada ao solo, sofre

ação de um grande número de seres vivos nele existentes, que fazem a sua

biodegradação. Desses, os mais importantes são as bactérias, principalmente

dos gêneros Agrobacterium, Arthrobacteri, Bacillus, Flavobacterium e

Pseudomonas. Actinomicetos e fungos também são importantes na

degradação de resíduos vegetais. Outros organismos unicelulares presentes

no solo são protozoários e algas.

As propriedades físicas afetadas pela aplicação de matéria orgânica

ao solo são: aumento da agregação e estruturação; redução da densidade;

aumento da aeração dos solos argilosos; aumenta a liga dos solos arenosos;

diminuição da aderência e plasticidade dos solos argilosos; aumento da

friabilidade; aumento da capacidade de retenção de água.

As seguintes propriedades químicas do solo são influenciadas pela

matéria orgânica: Aumenta a capacidade de troca de cátions (CTC); aumenta a

9

disponibilidade de nutrientes ao sofrer mineralização; diminui perdas de

nutrientes por lixiviação; promove a solubilização de minerais que contêm

nutrientes; reduz a fixação do fósforo aplicado na forma de fosfato solúvel;

diminui a toxicidade de elementos como o Fe e Mn; aumenta o poder de

tamponamento; contribui para corrigir o pH.

Também as propriedades biológicas são influenciadas pela adição

de matéria orgânica ao solo: aumenta a atividade de microorganismos e

minhocas; facilita a penetração de raízes; estimula a absorção de nutrientes.

3.3. HÚMUS

O húmus é a fração mais significativa da matéria orgânica. Resulta

da biodegradação de resíduos orgânicos, que pode ocorrer na presença de

oxigênio (processo oposto à fotossíntese) ou na ausência deste, conforme

demonstram as reações:

{CH2O} + O2(g) � CO2 + H2O (respiração aeróbica)

2{CH2O} � CO2(g) + CH4(g) (respiração anaeróbica)

O húmus é resultante da biodegradação da matéria orgânica (Figura

1). É composto de frações solúveis chamados ácidos húmicos e fúlvicos, e uma

fração insolúvel chamada humina (BARRETO et al.).

10

Figura 1. Representação esquemática do processo de humificação da matéria Orgânica. Fonte: adaptada de Scheffer & Ulrich (1960).

3.4. BIOGÁS

É um gás natural resultante da fermentação anaeróbica (na ausência

de oxigênio) de dejetos animais, resíduos vegetais e lixo industrial ou

residencial em condições adequadas (COLDEBELLA, 2006).

O biogás é composto por uma mistura de gases que têm sua

concentração determinada pelas características dos resíduos e as condições

de funcionamento do processo de digestão. É constituído principalmente por

metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), conforme a Tabela 1.

O metano existente no biogás apresenta elevado poder calorífico e

pode ser utilizado nos estabelecimentos rurais na iluminação com lampião,

aquecimento de fogões a gás, combustível para motores de combustão interna,

geladeiras, chocadeiras, secadores de grãos, campânulas, geração de energia

elétrica, entre outros usos. O metano é um gás incolor e inodoro. O poder

11

calorífico do biogás está diretamente relacionado à quantidade de metano

existente na mistura gasosa.

Tabela 1. Composição média do biogás

Gás Símbolo Concentração no biogás

Metano CH4 50-80

Dióxido de carbono CO2 20-40

Hidrogênio H2 1-3

Nitrogênio N2 0,5-3

Gás sulfídrico e outros H2S, CO, NH3 1-5

Fonte: La Farge (1979).

3.5. BIOFERTILIZANTE

É o efluente do processo de digestão anaeróbica de biodigestores.

Esse material apresenta elevado valor como fertilizante. Devido a condição de

anaerobiose do processo e do tempo de retenção no biodigestor ocorre morte

da maioria dos organismos, incluindo os parasitas intestinais, que podem

causar doenças. Desta forma, o esterco é melhorado quimicamente, bem como

biologicamente através do processo de fermentação.

3.6. TEMPO DE RETENÇÃO HIDRÁULICA (TRH)

Tempo médio em que qualquer partícula (líquida ou sólida) de

esterco permanece em tratamento ou em estrutura de armazenamento

(KRAMER, 2002).

12

4. SISTEMAS DE TRATAMENTO DE DEJETOS

Existem diversas alternativas que podem ser aplicadas no sentido de

procurar soluções para utilização do esterco, as quais possibilitam o seu

aproveitamento e a diminuição do impacto ambiental. Entre as soluções

preconizadas, biodigestores, composteiras, sistemas de vermicompostagem e

esterqueiras posicionam-se como alternativas interessantes, dado seu baixo

custo e simplicidade em termos tecnológicos, permitindo ainda a obtenção de

fertilizantes naturais, cuja aplicação possibilita devolver às lavouras os

nutrientes retirados pelas culturas.

A Figura 2 apresenta a produção média anual de esterco das

diferentes espécies animais.

Figura 2 – Produção anual média de esterco das diversas criações animais por 450 Kg de Peso Vivo. Fonte: adaptada de Ensminger (1990).

13

Considerando-se as quantidades de esterco constantes da Figura 2,

a produção diária de animais adultos das diversas espécies encontram-se na

Tabela 2.

Tabela 2 – Produção média diária de esterco de animais domésticos.

Espécie Esterco/450 Kg PV/ano

(Kg)

Pesos Adulto (Kg)

Produção diária de esterco fresco

(Kg) Bovino de corte 8500 500 26

Bovino de leite 12000 600 44

Ovino 6000 50 1,8

Suíno 16000 90 8,7

Eqüino 8000 350 17

Frango 4500 3 0,08

Fonte: elaborado pelo autor (2010).

4.1. ESTERQUEIRAS

4.1.1. Definição

A esterqueira é um reservatório que permite a fermentação aeróbica

do esterco, pela ação de bactérias, o que diminui o seu potencial poluidor e

possibilita o aproveitamento como fertilizante em lavouras, pastagens e

pomares.

4.1.2. Vantagens

• Produção de fertilizante orgânico, possibilitando economia com

fertilizantes e corretivos convencionais;

• A matéria orgânica incorporada age como condicionador do solo,

interferindo positivamente na porosidade, manutenção da umidade,

drenagem e equilíbrio térmico do solo;

14

• Melhora a estrutura do solo pelo fato de, em sua decomposição, produzir

substâncias agregantes e estabilizantes para os grumos;

• Aumento da atividade biológica do solo;

• Elevação do pH na fase final de decomposição (KIEHL, 1985);

• Durante a fase de curtimento, a elevada temperatura proveniente da

fermentação, promovida por bactérias, destrói a maioria das sementes

de pragas e germes causadores de doenças;

• Baixa utilização de mão de obra;

• Liberação de trator e implementos para outras atividades.

4.1.3. Desvantagens

• Custo inicial de construção elevado;

• Capacidade de carga limitada;

• Não permite o revolvimento da massa;

• Liberação de mau cheiro;

• Atração de moscas.

4.1.4. Dimensionamento

A capacidade de armazenamento dos tanques é função do tamanho

do rebanho, sistema de produção, diluição dos dejetos, tempo de retenção

hidráulica e quantidade de chuva que o sistema pode suportar.

Assim, tomando como exemplo o rebanho do CEEPOM, estabilizado

em 70 vacas em lactação, com produção per capita diária de 40 litros de

esterco (porém, como o regime é de semiconfinamento, o valor de referência

será um pouco mais da metade, portanto 25 litros), geração de efluentes

líquidos (água + urina) per capita diária de 30 litros e um acréscimo de 15% em

função da precipitação pluviométrica, adotando-se um tempo de retenção

hidráulica de 120 dias, pode-se proceder ao dimensionamento da esterqueira

da seguinte forma:

15

• Volume de esterco/vaca/dia: 25 L

• Volume de água+urina/vaca/dia: 30 L

• Volume de dejetos (esterco+água+urina)/vaca/dia: 25 L + 30 L

= 55 L

• Volume de dejetos/dia: 55 L x 70 vacas = 3850 L � 3,85 m3

• Volume de dejetos em 120 dias: 462 m3

• Acrescendo-se 15% em função da precipitação pluviométrica:

531,3 m3

Logo, a esterqueira deverá ter pelo menos 531,3 m3, e, portanto,

serão adotadas as seguintes dimensões:

• Comprimento à superfície (C1): 20 m;

• Comprimento de fundo (C2): 16 m;

• Largura à superfície (L1): 14 m;

• Largura de fundo (L2): 10 m;

• Profundidade (P): 2,5 m

Figura 3 – Formato que deverá ter o fosso da esterqueira após feita a escavação.

Fonte: Elaborado pelo autor (2010).

20

16

14

10

2,5

16

O volume pode ser calculado pela fórmula a seguir:

V = [(C1+C2)/2 . (L1+L2)/2] . P

V = [(20+16)/2 . (14+10)/2] . 2,5

Com essas dimensões perfaz 540 m3 e poderá acondicionar o

volume de dejetos gerado em 120 dias.

4.1.5. Metodologia de construção

A construção da esterqueira começa pela escavação do local onde a

mesma será instalada. No caso do CEEPOM, esse procedimento foi realizado com

uma retroescavadeira, de modo a manter as dimensões acima mencionadas

(superfície: 20 m X 14 m; fundo: 16 m X 10 m). As paredes devem ser adequadas para

que se formem taludes com inclinação de 45º, através de sistematização manual.

Uma vez feita a escavação, coloca-se uma lona plástica, ajustando-a ao

fundo e às paredes da esterqueira e deixando uma sobra de 1,5 m em todo o contorno

da mesma, onde o plástico deverá ser coberto com terra, para sua fixação. Essa lona

plástica deve ter pelo menos 3 mm de espessura para resistir à carga da massa de

dejetos e tem por finalidade impermeabilizar a esterqueira a fim de que não haja

infiltrações no solo.

Na esterqueira do CEEPOM, construiu-se na entrada e na lateral do free

stall uma canaleta de alvenaria (Figura 4) para onde será empurrado todo esterco

gerado no dia. Nesse local, o esterco será misturado com a água armazenada em uma

caixa d’água alimentada por um poço semi-artesiano e/ou proveniente das calhas do

free stall, nos dias de chuva. Nessa canaleta, os dejetos são contidos por 4 a 5 dias,

para se ter gradiente hidráulico suficiente para que sejam conduzidos por gravidade

até a esterqueira, através de tubos de PVC de 150 mm.

17

Figura 4 – Croqui esquemático contemplando o free stall (1); canaleta (2); caixa d’água (3); tubulação subterrânea (4) e esterqueira (5). Fonte: Elaborado pelo autor (2010).

4.2. COMPOSTAGEM

4.2.1. Definição

Compostagem é o processo de decomposição biológica da matéria

orgânica contida em resíduos animais ou vegetais. É feita por muitas espécies

de microorganismos e animais invertebrados que em presença de umidade e

oxigênio, se alimentam dessa matéria e propiciam que seus elementos

químicos e nutrientes voltem à terra.

18

O produto da transformação desses resíduos orgânicos são o

húmus, gás carbônico, calor e água, através da ação dos microorganismos,

responsáveis pela ciclagem de nutrientes no solo, ocorrendo todo o tempo na

natureza (NEGRÃO, 2000 apud CÂMARA, 2001).

4.2.2. Vantagens

• Redução de massa e volume;

• Redução do odor;

• Destruição de patógenos;

• Melhora a transportabilidade;

• Condicionador do solo;

• Fornecimento de nutrientes;

• Redução de poluentes;

• O húmus pode ser comercializado;

• Aumenta a retenção de água no solo.

4.2.3. Desvantagens

• Perdas de nitrogênio na forma de amônia;

• Demanda tempo e trabalho para sua confecção;

• Pode liberar gases do efeito estufa (CO2, NH4 e NO2) durante o

processo.

4.2.4. Dinâmica do processo

O processo de compostagem é realizado em duas fases principais:

uma fase ativa (mesofílica e termofílica) e uma fase de cura (Figura 5).

Tão logo os materiais adequados sejam misturados na pilha, sofrem

ataque dos microorganismos e inicia o processo de compostagem.

19

As bactérias e fungos mesofílicos e termotolerantes dominam a

primeira fase do processo. A fase de aquecimento tem temperaturas entre 20 a

40 ºC. Nesta fase ocorre a degradação microbiológica de compostos de

carbono mais simples (açúcares solúveis, ácidos orgânicos, etc), o que provoca

um aumento de temperatura.

Na fase ativa da compostagem, microorganismos consomem

oxigênio (O2) enquanto se alimentam da matéria orgânica do esterco e

produzem calor, dióxido de carbono (CO2) e vapor d’água. Durante esta fase, a

maioria da matéria orgânica degradável é decomposta. Um plano de manejo é

necessário para manter temperatura, oxigênio e umidade adequados para os

microorganismos. O monitoramento da temperatura, conteúdo de umidade e

níveis de oxigênio, pode ajudar na tomada de decisões sobre as atividades a

serem realizadas, tais como revirar, aerar ou adicionar água. Nessa fase, a

temperatura atinge 45 a 65ºC, aumentando a eficiência do processo e

eliminando microorganismos patogênicos (JEONG & KIM, 2001). Essas

temperaturas podem eliminar também o poder germinativo de sementes de

plantas daninhas. As elevadas temperaturas atingidas promovem o

desenvolvimento de bactérias termofílicas/termotolerantes, actinomicetos e

fungos, ao mesmo tempo que inativam os microrganismos mesofílicos.

Temperaturas superiores a 60ºC reduzem consideravelmente a população

microbiana, permitindo apenas o desenvolvimento de algumas bactérias

termofílicas. Patógenos comumente mortos nesta fase são a Escherichia coli,

Staphylococcus aureus, Bacillus e Clostridium botulinum. Nesta fase a fração

orgânica dos resíduos é quase totalmente degradada.

Após um primeiro ciclo de metabolização da matéria orgânica dá-se

um decréscimo de temperatura (fase de arrefecimento), o que provoca um

repovoamento do material em compostagem. Nesta fase a diversidade de

bactérias é muito pequena, sendo os actinomicetos mesofílicos/termotolerantes

e os fungos os microrganismos mais comuns. Logo a seguir ocorre a fase de

maturação, onde compostos como lignina, hemicelulose, celulose, amido e

outros polímeros são posteriormente decompostos lentamente pela ação

destes microrganismos (COOPERBAND, 2002). Na fase de cura a atividade

microbiana é lenta e o processo se aproxima do final, o material se equilibra

20

com a temperatura ambiente. Esta etapa é caracterizada como mesofílica

devido a temperatura manter-se na faixa de 30 a 45ºC, durante grande parte da

fase, caindo para 25 a 30ºC, no final do processo. Concluída a compostagem,

o material resultante permanece com muitas características do húmus da

fração orgânica do solo. O material reduzirá em 20 a 60% do volume original, o

conteúdo de umidade em 40% e o peso em mais de 50%.

Figura 5. Comportamento da temperatura e pH em função do tempo em uma pilha de compostagem. Fonte: adaptada da UERGS (2005).

21

4.2.5. Fatores que afetam o processo de compostagem

Vários fatores têm o potencial de afetar significativamente o

processo natural de compostagem. Alguns dos fatores mais importantes

encontram-se na Tabela 3.

Tabela 3. Fatores que afetam o processo de compostagem e faixas aceitáveis.

Fator Faixa aceitável

Temperatura 54 – 60ºC

Relação carbono-nitrogênio (C:N) 25:1 a 30:1

Aeração, % de oxigênio > 5%

Umidade 50 – 60%

Porosidade 30 – 36%

pH 6,5 – 7,5

Fonte: North Carolina State University, s/d.


As leiras para a compostagem devem ter forma trapezoidal, com

largura entre 1,0 e 2,0 m, comprimento variável (normalmente menor que 10,0

m) e altura em torno de 1,5 m. No dimensionamento do pátio, deve-se prever

espaço entre as leiras para a circulação de pessoas, máquinas e

equipamentos.

Exemplo: Supondo-se uma quantidade gerada de 8000 Kg/mês, com

densidade de 450 Kg/m3, largura inferior de 2,0 m, largura superior de 1,5 m e

altura de 1,6 m (Figura 6). Determinar o comprimento da pilha.

22

Figura 6. Desenho esquemático da pilha de compostagem. Fonte: Elaborado pelo autor (2010).

Cálculos:

1) Volume de esterco gerado por mês.

450 Kg - 1 m3

8000 Kg - X X = 17,8 m3

2) Seção transversal da pilha (área do trapézio):

S = (B + b) . h onde: B = base maior (inferior) � 2,0 m

2 b = base menor (superior) � 1,5 m

h = altura � 1,6 m

S = (2,0 + 1,5) . 1,6

2 S = 2,8 m2

3) Comprimento da pilha:

Considerando que volume é o produto da área e comprimento (V= S.L), o

volume de dejetos é igual a seção transversal multiplicada pelo comprimento:

17,8 = 2,8 . L

L = 17,8 / 2,8 L = 6,35 � L ≈ 6,5 m

Logo, a pilha deverá ter 6,5 m de comprimento.

23

4.2.7. Etapas da produção

a) Formação da pilha

Para o preparo do composto, deve-se sobrepor camadas alternadas

de restos vegetais (folhas secas, sabugos de milho triturados, restos de podas,

palhadas, gramas cortadas do jardim, etc.) e resíduos ricos em nitrogênio

(estercos frescos, resíduos de frigorífico, camas de animais, etc.), na proporção

de 3:1 (por exemplo, 15 cm de resíduos vegetais e 5 cm de esterco). Cada

camada deve ser bem irrigada. De acordo com Kiehl (1998), a compostagem

rápida e eficiente é favorecida por materiais que depois de misturados resultem

em uma relação carbono/nitrogênio entre 26 e 35. Se for muito maior que esta

faixa, o material irá demorar a se decompor, se for menor, parte do N será

perdida. A altura da pilha não deve ser inferior a 1,5 m, caso contrário não

haverá volume de massa suficiente para manter uma temperatura adequada.

Alturas maiores que 1,8 m devem ser evitadas porque o excesso de peso

provoca compactação e a aeração fica comprometida. A primeira e a última

camada devem ser de resíduos vegetais.

b) Manejo da pilha de compostagem

Molhar o material pelo menos uma vez por semana, para manter a

umidade na faixa de 50 a 60%. Abaixo de 35% ocorre diminuição da atividade

microbiana e acima de 65% começa a haver comprometimento da aeração da

massa, provocando condições anaeróbicas e conseqüente liberação de odores

desagradáveis. No caso de excesso de umidade (após chuvas), deve-se fazer

o revolvimento do material para provocar a evaporação.

Revolver o material a cada 30 dias, formando uma nova pilha para

evitar o aquecimento exagerado, acima de 70ºC, o que diminuiria a diversidade

microbiológica, e levaria à formação de esporos, retardando o processo. Nos

primeiros 15 dias, deve-se revirar a pilha uma vez por semana. A temperatura

pode ser monitorada através de termômetro ou de uma barra de ferro

24

introduzida no meio da massa. O momento de se revirar o material é quando

não for possível tocar essa barra de ferro, devido à elevada temperatura,

Deixar o material curtir por 90 dias ou até estabilizar a temperatura

com a temperatura ambiente e o material assumir cor escura e consistência

friável quando apertado entre as mãos.

4.3. VERMICOMPOSTAGEM

4.3.1. Definição

Vermicompostagem é o processo através do qual se introduz

minhocas no material em fase final da compostagem (cura). As minhocas mais

utilizadas nesse processo são a vermelha-da-califórnia (Eisenia foetida e E.

andrei), dependentes de elevado conteúdo de matéria orgânica em sua dieta.

O papel dessas minhocas é acelerar a maturação do composto. A

vermicompostagem é vista como um complemento ao processo tradicional de

compostagem.

4.3.2. Vantagens

• Aumenta a concentração de nutrientes, quando comparada à

compostagem convencional (em função do volume de matéria excretada

pela minhoca ser muito inferior ao ingerido);

• Aumento acentuado no conteúdo de matéria orgânica humificada (ácidos

fúlvicos, húmicos e huminas);

• Redução da acidez do solo;

• Incremento na proliferação de bactérias, protozoários e outros

microorganismos, inclusive de bactérias fixadoras de nitrogênio;

• Melhora a estrutura do solo;

• Aumenta a capacidade de troca de cátions do solo.

25

4.3.3. Desvantagens

• Requer mais mão de obra.


Adicionar 1 litro de minhocas por metro quadrado de composto,

quando este estiver com a temperatura arrefecida (aproximadamente aos 30

dias do início da compostagem). O único manejo a ser adotado é a irrigação

dos canteiros, quando necessário. O processo leva cerca de 30 dias para

concluir, dependo da época do ano. O vermicomposto estará pronto quando

adquirir aspecto de pó de café, momento em que as minhocas tornam-se mais

lentas devido a falta de alimento. As minhocas poderão ser separadas do

vermicomposto através de peneiramento. Outra forma de separar é a utilização

de iscas com resíduos orgânicos frescos colocados diretamente sobre o

composto ou sobre uma tela plástica com malha de 5 mm. Colocar uma vez por

semana a isca até que todas as minhocas sejam retiradas.


Os minhocários podem ser canteiros construídos de materiais

diversos, como tábuas, pedras, tijolos, bambu rachado ao meio, entre outros. A

largura deve ser de 1,0 m, altura de 40 a 50 cm e comprimento variável.

4.4. BIODIGESTOR

4.4.1. Definição

Biodigestor é um reservatório hermético construído a partir de

diversos materiais que, devido suas condições de estanqueidade, propicia

condições favoráveis à ação de bactérias anaeróbicas na fermentação de

26

excrementos para a produção de biogás e biofertilizante. Nesse

compartimento, a massa sólida permanece no fundo e o biogás na parte

superior. A massa sólida fermentada, após um tempo de retenção, sai por uma

abertura na extremidade e passa a denominar-se biofertilizante. O biogás

existente sobre a massa sólida é canalizado, através de uma válvula de saída,

para o local onde será utilizado. O tempo de retenção hidráulica (TRH) define a

carga diária do biodigestor. Normalmente, para biodigestores, adota-se um

TRH de 20 a 30 dias.

4.4.2. Etapas do processo

No aproveitamento de dejetos utilizando biodigestores devem ser

observados os passos ilustrados na Figura 7 e discriminados a seguir:

• Coleta dos dejetos;

• Mistura dos dejetos com água em tanque de carregamento;

• Abertura do cano de entrada para que os dejetos sejam introduzidos no

interior do biodigestor;

• Acomodação dos dejetos no interior do biodigestor (dentro de uma

câmara plástica ou de outro material) por um determinado período

(tempo de retenção hidráulica – TRH);

• Saída do biofertilizante, material já fermentado, através da tubulação de

saída e armazenamento em caixa de saída;

• Saída do biogás através de tubulações para posterior aproveitamento.

Figura 7. Fluxograma das etapas de fermentação anaeróbica em um biodigestor: 1 – free stall; 2 – saída de dejetos; 3 – caixa de alimentação; 4 – biodigestor; 5 – dejetos em fermentação; 6 – biogás; 7 - biofertilizante. Fonte: Winrock International Brasil (2008), adaptado pelo autor.

27

Quanto a forma de abastecimento, os biodigestores podem ser

classificados em: batelada e contínuos. Os biodigestores em batelada recebem

o carregamento de matéria orgânica, que somente é substituído após o período

adequado à digestão de todo o lote. Os biodigestores contínuos são

construídos de tal forma que podem ser abastecidos diariamente, permitindo

que a cada entrada de substrato orgânico a ser processado, exista saída de

material já tratado.

O emprego do biodigestor permite que o esterco recolhido

diariamente nos estábulos e que frequentemente são jogados nos rios ou

amontoados em um local qualquer da propriedade, ganhem um novo destino: a

produção de biogás e biofertilizante. Dessa forma, além de ser um elemento de

geração de energia e renda, resolve um problema de saneamento da

propriedade, evitando a proliferação de moscas, eliminando o mau cheiro e

diminuindo a poluição dos mananciais de água.

Comparado ao esterco “in natura”, o biofertilizante apresenta maior

concentração de nutrientes para a adubação do solo.

4.4.3. Vantagens

• Substituição parcial ou total do GLP (gás liquefeito de petróleo), óleo

diesel e lenha;

• Gás canalizado;

• Redução dos odores do esterco;

• Ausência de moscas;

• Redução do efeito poluente por gás metano (convertido em CO2);

• Redução da relação C/N;

• Potencial para gerar energia;

• Potencial fertilizante do biofertilizante;

• Solubilização parcial de alguns nutrientes;

• Eliminação de parasitas intestinais.

28

4.4.4. Desvantagens

• Emissão de CO2 (porém, este é 21 vezes menos nocivo para o

incremento do efeito estufa que o metano);

• Flutuações na produção de biogás, em função das variações de

temperatura ambiente;

• Esterco com resíduo de antibióticos pode ocasionar redução na

população de bactérias dentro do biodigestor.


Henriques (2004), afirma que a digestão anaeróbica é consequência

de uma série de interações metabólicas entre vários grupos de

microorganismos anaeróbios. Isso ocorre em três estágios: (a)

hidrólise/liquefação, (b) acetanogênese e (c) metanogênese.

Na primeira fase, bactérias hidrolíticas, através da ação de enzimas,

convertem compostos insolúveis em substâncias solúveis:

Lipídios � ácidos graxos

Polissacarídeos � monossacarídeos

Proteínas � aminoácidos

Ácidos nucléicos � purinas e pirimidinas

Na segunda fase, as bactérias acetanogênicas transformam o

produto da primeira fase em ácidos orgânicos (acético, propiônico e butírico),

etanol, dióxido de carbono e hidrogênio.

C6H12O6 � 2C2H5OH + 2CO2

(glicose) (etanol) (dióxido de carbono)

Na terceira fase, o metano é produzido por uma bactéria conhecida

como formadora de metano de duas maneiras: ou por meio da quebra do ácido

29

acético gerando dióxido de carbono e metano, ou pela redução do dióxido de

carbono em hidrogênio.

CH3COOH � CH4 + CO2

(ácido acético) (metano) (dióxido de carbono)

2C2H5OH + CO2 � 2CH3COOH

(etanol) (dióxido de carbono) (ácido acético)

CO2 + 4H2 � CH4 + H2O

(hidrogênio) (metano) (água)


Para se dimensionar o biodigestor, três perguntas básicas devem

ser feitas:

• Quanto gás eu necessito?

• Quanto material eu necessito para produzir essa quantidade de gás?

• Que dimensões deve ter o biodigestor para produzir e armazenar essa

quantidade de gás?

Em uma propriedade onde se pretende utilizar todos os dejetos no

biodigestor, o dimensionamento deve considerar o volume total gerado, a

frequência de recarga, o volume de recarga e o tempo de retenção hidráulica.

No caso do biodigestor do CEEPOM, serão considerados os

seguintes parâmetros:

• Produção diária de esterco/vaca/dia: 25 Kg (como o sistema de

produção é de semiconfinamento, adotaremos 25 Kg, ao invés de 44 Kg,

como aparece na Tabela 2);

• Estabilização do plantel: 70 vacas em lactação;

• Produção de biogás por Kg de esterco de bovinos leiteiros: 0,049 m3/Kg

(Tabela 4);

• Consumo de gás para cozimento: 0,23 m3/pessoa/dia (Tabela 5);

• Tempo de retenção hidráulica adotado: 30 dias.

30

Tabela 4. Produção média de biogás das diversas criações.

Espécies m3 de biogás/Kg de esterco

Bovinos de corte 0,040

Bovinos de leite 0,040 - 0,049

Suínos 0,075 – 0,089

Frangos de corte 0,090

Poedeiras 0,100

Codornas 0,049

Caprinos/ovino 0,040 - 0,061

Fonte: FCAV UNESP de Jaboticabal, s/d.

Assim, considerando-se a Tabela 4, para se produzir 1 m3 de biogás,

são necessárias as seguintes quantidades de esterco:

Bovino de corte: 25 Kg; bovino de leite: 20-25 Kg; suínos: 11-13 Kg;

frango de corte: 11 Kg; poedeiras: 10 Kg; codornas: 20 Kg e caprinos: 16-25

Kg.

Tabela 5 – Demonstrativo de consumo de gás por equipamento.

Equipamento ou Aplicação Características Consumo

Lampião Camisa de 100 velas 0,13 m3/lampião/hora

Fogão Queimador 2”

Forno

0,32 m3/hora

0,44 m3/hora

Geladeira Porte médio 2,20 m3/geladeira/dia

Motor Ciclo Otto 0,45 m3/HP/hora

Chuveiro a gás 0,80 m3/banho

Incubadeira Volume interno 0,60 m3/hora

Campânula para pintos 1500 Kcal 0,162 m3/hora

Cozimento 0,23 m3/pessoa/dia

Geração de eletricidade 0,62 m3/KW/hora

Fonte: Nogueira (1986).

31

a) Consumo de gás no refeitório (cozimento):

1 pessoa � 0,23 m3

250 alunos � Z Z = 57,5 m3

b) Produção diária de esterco:

1 vaca � 25 Kg/dia

70 vacas � X X = 1.750 Kg/dia

c) Produção potencial de biogás/dia:

1 Kg esterco vaca � 0,049 m3 biogás

1750 Kg � Y Y = 85,75 m3 biogás/dia

Portanto, a quantidade produzida de biogás atende a demanda do

refeitório, havendo ainda um excedente de produção que poderá suprir as

necessidades da Unidade Didático Produtiva da escola.

d) Dimensionamento do tanque do biodigestor

Para se dimensionar o volume do biodigestor, pode-se utilizar a

fórmula:

VB = VC . TRH

Onde: VB = volume do biodigestor;

VC = volume de carga diária (fezes +água);

TRH = tempo de retenção hidráulica.

32

A Tabela 6 apresenta uma planilha analítica para o

dimensionamento da fossa do biodigestor, bem como a relação fezes:água

recomendada para as diferentes espécies animais.

Tabela 6 - Cálculo do volume de carga diária de animais em confinamento.

Espécie Fezes por

animal/dia (Kg)

Qtde animais

Total de fezes/dia

(Kg)

Relação fezes:água

(m3)

Volume de

água/dia (L)

Volume de

carga diária

(L) A B C=A.B D E=C.D F=C+E Suíno 8,7 1:1,3 Bezerro 2 1:1 Ovino/caprino 1,8 1:4 a 5 Bovino de corte 26 1:1 Bovino de leite 44 1:1 Bovinos de leite CEEPOM*

25 70 1750 1:1 1750 3500

* Semiconfinamento

Fonte: adaptada de Winrock International Brasil (2008).

Adotando-se um TRH de 30 dias, temos:

VB = 3500 . 30 �� VB = 105.000 L �� VB = 105 m3

Na Tabela 7 pode-se selecionar as dimensões que mais se

aproximam do VB calculado.

Tabela 7 – Determinação do volume do biodigestor em função das suas dimensões.

VB m3 Profundidade P (m)

Comprimento maior C1 (m)

Comprimento menor C2 (m)

Largura maior L1

(m)

Largura menor L2

(m) 3 1,0 3,5 3,0 1,2 0,7 7 1,0 6,0 4,8 2,0 0,8 15 1,4 7,0 5,5 2,5 1,0 20 1,5 8,0 6,0 3,0 1,0 30 1,5 10,0 8,0 3,5 1,5 50 2,0 10,0 8,0 3,5 2,0 70 2,5 10,0 8,5 3,5 2,5 100 2,5 12,0 11,0 4,0 3,0 107 2,5 12,0 11,0 4,5 3,0

Fonte: adaptada de Winrock International Brasil (2008).

Assim, as dimensões com 2,5 m de profundidade; comprimento

maior (superior) de 12,0 m; comprimento menor (fundo) de 11,0 m; largura

33

maior (superior) de 4,5 m e largura menor (fundo) de 3,0 m atendem

satisfatoriamente a produção 105 m3 de dejetos (esterco + água) geradas pelo

vacas leiteiras do CEEPOM. A Figura 8 apresenta a planta baixa com essas

dimensões.

Figura 8. Planta baixa do biodigestor do CEEPOM. Fonte: Elaborado pelo autor (2010).

Outra forma de calcular o volume do tanque é a seguinte:

• estabelecer valores para comprimentos superior e de fundo e

para larguras superior e de fundo, bem como para a

profundidade;

• Determinar a média aritmética entre os comprimentos

superior e de fundo;

• Determinar a média aritmética entre as larguras superior e de

fundo;

• Multiplicar as duas médias pela profundidade.

VB = [(C1 + C2)/2 . (L1 + L2)/2] . P

Onde: C1 = comprimento superior do biodigestor (à superfície);

C2 = comprimento do fundo do biodigestor;

L1 = largura superior do biodigestor (à superfície);

L2 = largura de fundo do biodigestor;

P = profundidade da fossa.

Exemplo: estabelecendo-se os seguintes valores:

C1 = 12,0 m

34

C2 = 11,0 m

L1 = 4,5 m

L2 = 3,0 m

P = 2,5 m

VB = [(12,0 + 11,0)/2 . (4,5 + 3,0)/2 . 2,5 .: VB = 107,81 m3

4.4.7. Metodologia de construção

Abertura da fossa: A fossa será aberta com retroescavadeira e terá as

seguintes dimensões na parte superior: 12,0 m x 4,5 m, para comprimento e

largura. As dimensões no fundo da fossa serão de 11,0 m x 3,0 m. Terá

profundidade de 2,5 m. Com essas dimensões, o reservatório de dejetos será

de 107 m3.

Construção de canaleta lateral: Será construída uma canaleta de alvenaria

no contorno da fossa com profundidade de 20 cm para a fixação da lona

plástica.

Instalação do recipiente de carga: Próximo a uma das extremidades será

instalado uma manilha de concreto com 1 m de diâmetro para receber a carga

diária de dejetos. Em seu fundo, será colocada uma curva que encaixará em

um tubo de PVC de 100 mm e conduzirá os dejetos acrescentados diariamente

à fossa do biodigestor.

Instalação do recipiente de biofertilizante: Na extremidade oposta ao

recipiente de alimentação, será colocada uma caixa d’água de 500 litros, de

modo que sua parte superior permaneça à superfície do terreno. Essa caixa

será ligada a um tubo de PVC de 100 mm que estará imerso nos dejetos dentro

da fossa e será receptor dos efluentes que fluirão por este.

Instalação da lona de fundo: Para que haja impermeabilização da fossa, será

colocada uma lona plástica ajustada ao fundo e às paredes desta. Essa lona

será fixada com porcas, parafusos e sarrafos de madeira na canaleta, onde

ficará imersa em água.

Instalação da lona superior: Será fixada à canaleta, uma segunda lona, que

ficará submersa em água. Esta lona tem por objetivo a contenção do gás

35

produzido no biodigestor. Contém um orifício, onde se ajustará a tubulação

para a saída do gás.

A Figura 9 demonstra o biodigestor instalado e em funcionamento.

Figura 9. Representação esquemática da estrutura do biodigestor. Fonte: Elaborado pelo autor (2010).

5. ATIVIDADES

• Levantamento da quantidade de esterco produzido pelas vacas em

lactação;

• Baseados nos anexos 1 e 2, os alunos deverão fazer o monitoramento

das propriedades químicas e físicas dos sistemas de tratamento

utilizados, elaborar gráficos representativos das variações observadas e

responder um questionário.

• Avaliação do funcionamento da esterqueira, respondendo um

questionário.

• Os alunos participarão na construção do biodigestor, dos sistemas de

compostagem e vermicompostagem e desenvolverão um relatório sobre

as atividades realizadas.

36

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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39

ANEXOS

Anexo 1 – Resultado de análise laboratorial dos dejetos nos sistemas de

tratamento adotados.

Sistema g.dm-3 mg.dm-3 mmolc.dm-3 % % g.kg-1 g.cm-3

pH CaCl2 M.O. P Melich H+Al Al K Ca Mg SB T V m U D

EBN

EST

COMP

VERM

BIO

EBN = esterco fresco de bovino; EST = esterco após 3 meses de fermentação em esterqueira; COMP = composto orgânico após 3 meses de fermentação em composteira; VERM = composto orgânico após 30 dias de fermentação em composteira e 60 dias sob a atividade das minhocas; BIO = biofertilizante proveniente do biodigestor após período de retenção de 40 dias.

40

Anexo 2 – Ficha de monitoramento da variação de parâmetros físicos e químicos da composteira a intervalos definidos.

Dia

Mês

Data

Dia

Temperatura

ºC

Umidade

g/kg

pH

0 Agosto 2

7 9

14 16

21 23

28 30

35 Setembro 6

42 13

49 20

56 27

63 Outubro 4

70 11

77 18

85 25

92 Novembro 1

99 8

106 15

113 22

120 29

DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE 2009 - … · do esterco, pela ação de bactérias, o que diminui o...

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