Compostagem - Mestrado em
Energias Renováveis e Gestão de
Energia
8. Compostagem
8.1 Caracterização do processo e Condições de operação
8.1 Aproveitamento energético
1
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Energia
Compostagem ?
"processo bioxidativo controlado envolvendo um material
orgânico heterogéneo na fase sólida, ocorrendo uma fase
termofílica com libertação temporária de fitotoxinas,
produzindo-se água, dióxido de carbono, substâncias minerais
e matéria orgânica estabilizada, a qual toma o nome de
"composto" (Zucconi e Bertoldi, 1987; Chen e Inbar, 1993)
"método de tratamento de resíduos sólidos, mediante o qual
a sua componente orgânica é decomposta biológicamente em
condições controladas, alcançando-se um estado em que pode
ser manuseado, armazenado ou aplicado aos solos sem
afectar o ambiente “ (Golueke, 1991)
Compostagem
…na natureza…
processo controlado pelo Homem…
2
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Composto
Compostagem
tratamento (valorização) de resíduos sólidos
decomposição biológica
componente orgânica dos resíduos
condições controladas (aeróbias)
transformação da matéria orgânica
COMPOSTO
3
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Descrição geral do processo de compostagem
Humidade
Oxigén io
Microrgan ismos
Água
D ióx ido de carbono
Matéria
orgânica
no vos
microrganismos
E nergia
(mort e)
Calor
produtos
intermédios
(polimerização)
Composto
Condições necessárias para o processo de
compostagem
•Qualidade e quantidade da matéria orgânica no material inicial
•Condições ambientais (temperatura, humidade, oxigénio, pH)
•Comunidade microbiana
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População microbiana
Bactérias
Fungos
Actinomicetas
Algas
Vírus
Protozoários....
•Psicrófilos (até 13ºC), mesófilos (15ºC–40ºC), termófilos (40/45ºC- 70ºC)
População microbiana durante a compostagem
(provavelmente composto de resíduos de jardim, Daye Shaw, 2001)
Temperatur a (ºC)
Nº de microor ganismos*
<40
40 70
70
arref ecimento nº espécies
Mesófilos
108
106
1011
6
Termófilos
104
109
107
1
Termófilos
104
108
105
14
Mesófilos
106
103
105
18
Termófilos
103
107
106
16
Bactérias
Actinomicet as
Fungos
*nº de organismos por g de composto
5
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Cadeia trófica durante a compostagem
Bactérias
compost.css.cornell.edu/microorg.html
•Os mais pequenos e númerosos no composto (80 a 90% dos biliões de
microrganismos/ g de composto), mas cerca de metade do protoplasma
•Responsáveis pela maioria da decomposição e libertação de calor
•Maior diversidade de “dieta” devido à grande diversidade de enzimas
•Reprodução rápida (20–30 minutos/ geração)
•Aeróbias e anaeróbias
•Mais exigentes em humidade (distribuição regular nas pilhas)
•Decompõem sobretudo hidratos de carbono e proteínas
6
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Fungos
compost.css.cornell.edu/microorg.html
•Menos numerosos, mas superiores em biomassa
•São fundamentais por destruírem a celulose, facilitando a acção das bactérias
•São os mais favorecidos por condições ácidas (pH <5), conseguindo atacar
resíduos “secos” ou pobres em N
•Distribuem-se sobretudo no exterior das pilhas, mas as hifas têm capacidade de
“colonizar” o meio devido ao seu crescimento vigoroso
•Alé m da celulose, decompõe m açucares e hemiceluloses
Actinomicetas
compost.css.cornell.edu/microorg.html
•Bactérias filamentosas, seme lhantes a fungos no aspecto
•São afectados por condições ácidas
•Importantes por decompore m celulose, he miceluloses, quitina, proteínas e, em
pequena extensão, a lenhina (mais tolerantes a T > 60º C), podendo por isso atacar
madeira, cascas e papel
•Formam colónias típicas a 1 0-1 5cm do exterior do material, próximo do final da
compostagem
•Responsáveis pelo odor a “terra fresca”
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Macrorganismos
For migas, centopeias, moscas, mil-pés,
aranhas, etc
Temperatura (ºC)
Evolução das populações microbianas e temperatura
do meio
75-90ºC: referências a fungos e actinomicetas
70ºC: actividade praticamente cessa
65
60
65ºC: ↓ actividade
65ºC: bactérias e actinomicetas termófilos (re-aparecem)
60ºC: bactérias e actinomicetas termófilos
60ºC: os fungos termófilos (re-aparecem)
55
45
até 40-45ºC: bactérias, fungos e actinomicetas mesófilos
50ºC: actividade intensa
40-45ºC: re-invasão de mesófilos
37ºC: bactérias nitrificantes
35
bactérias formadoras de ácidos, fungos e actinomicetas mesófilos
28ºC: população heterogén ea
Tempo (dias)
8
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Água
•Essencial: actividade dos microrganismos (migração colonização),
difusão de substratos e de resíduos metabólicos
•O seu teor máximo é limitado pela sua influência na disponibilidade de
oxigénio
•Ideal: 40-65% (p/p) (função da natureza e granulometria: min. 30-40,
máx. 75-90%)
•Valores inadequados afectam evolução do processo (actividade, efeito
letal da temperatura) e maneabilidade do produto
Temperatura (ºC)
Evolução das populações microbianas e
temperatura do meio
65
60
55
Máx. higienização
Máx. biodegradação
45
Máx. actividade microbiana
35
Tempo (dias)
9
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Oxigénio
•Essencial para condições aeróbias (eficiência, produtos
intermédios)
•Mediante arejamento (juntamente com a temperatura): é o
proble ma mais comum, mas mais facilmente controlado
•Mínimo: 5 a 1 0%
•Óptimo: 14 - 17%
•Importância da granulometria das partículas
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Variação do teor de oxigénio no interior da pilha de
m aterial
pH
•Compostagem ocorre em i ntervalo largo (3-11), mas:
•Fungos: (ópt.) 5,5 – 8
•Bactéri as (ópt.) 6 –7,5
•Ópti mo: 6,5-8,5 / 5,5-8 (segundo autores)
•Influênci a i ndi recta: i nsolubi li zação de nutri entes
•Ajuste prévi o pouco justi fi cado
•Evolução ti pi ca: decrésci mo i ni ci al (AO si mples), aumento
(des trui ção de grupos car boxí li cos e fenóli cos, e de proteí nas
→amóni a → ↑amoní aco (T alta, pH alto), decrésci mo
(neutro/alcali no)
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Granulometria
É importante por condicionar vários aspectos:
tamanho das
partículas*
superfície específica (exposição ao “ataque”)
arejamento (O2,temperatura)
* (20-50 mm)
humidade
actividade microbiana
(intensidade, rapidez
do processo)
qualidade final do composto
(granulometria e humidade)
Matéria orgânica
Hidratos de carbono
Proteínas
Lípidos
Lenhina
•(mei o aeróbi o) → CO2 + água
•(mei o anaeróbi o) → CO2+água+áci dos+alcooi s+gases (CH 4, H 2)
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Hidratos de carbono
•Açucares solúv ei s e os faci lmente hi droli závei s
•Celulose
•Estrutura li near (faci li ta degradação) de D-glucos e
•Conversão i ncompleta em C02 e água → humi fi cação
•Pouco degradada aci ma dos 60ºC
•Pri nci pal ataque: fungos termofí li cos (na recoli ni zação do
mei o)
•Hemi celuloses (grupo heterogeneo)
•Sofr em ataque mai s fáci l e regular que a celulos e
•Acti nomi cetas (mai s tolerantes a T > 60ºC)
Proteínas
•Mei o aeróbi o bási co: decomposi ção rápi da (ni tratos)
•ni tratos → humi fi cação
•Mei o áci do (<bactéri as ni tri fi cantes): sai s amoni acai s
•Mei o anaeróbi o (não ocorr e ni tri fi cação): sai s amoni aci as +
amoní aco (↑)
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Lípidos
Hi dróli se → decomposi ção rápi da e v ersáti l
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Lenhina
•Polí mero mui to heter ogéneo → di fí cil degradação
•Meio básico: alguns fungos→ bactérias (humificação)
•Meio ácido: decomposição mais rápida mas forma m-se
polifenois solúveis (↓pH, toxicidade)
• ( ) + compostos azotados → áci dos húmi cos
•Mei o anaeróbi o: prati camente s em alteração (tur fei ras)
Nutrientes
•Teor e balanço de nutri entes i nfluenci a os
mi crorgani smos presentes
•Para a assi mili ação dos composto de car bono o N é o
nutri ente mai s soli ci tado, segui do do P e em menor escala
K, Mg, S, Ca e mi cronutri entes
•Ideal: 25-30 partes de C para 1 de N (C/N)
(> 30: atraso no processo/bai xa: ↑amoní aco)
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Degradação dos compostos orgânicos
pH
ºC
Degradaç ão dos polímeros mais
resistentes
Temperatura
90
(celulose, hemiceluloses, lenhina)
80
70
60
Degradaç ão c ompostos
facilmente biodegr adéveis
(hidratos de carbono, proteínas e lípidos)
50
40
8
7
6
5
4
30
Fase mesofílica
Fase termofílica
Fase de estabilização
ou de maturação
Tempo
Decomposição (exotérmico, rápido)
Estabilização ou humificação (endotérmico, lento)
Fases típicas da compostage m
I-Fase inicial ou fase mesofílica
(são consumidas as substâncias mais facilmente degradáveis;
ocorre aumento muito rápida da temperatura e o pH baixa;
dura poucos dias)
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II-Fase intermédia ou termofílica
III-Fase final ou fase de estabilização ou de maturação
(diminui a taxa de decomposição dos materiais, a sua
temperatura e a libertação de toxinas; ocorre a
recolonização do meio com microrganismos antagonistas e
outros e, também macrofauna; a celulose e a hemicelulose
são degradadas; o pH torna-se ligeiramente alcalino e
desenrola-se intensa competição pelo alimento existente;
ocorrem processos de antagonismo e formação de
antibióticos, que conduzem à obtenção de um produto
estabilizado; pode durar meses)
Alguns autores limitam a fase termofílica apenas até ao
início do decréscimo da temperatura e consideram, a partir
desta altura, uma (IV) fase de arrefecimento, que decorre
até o material alcançar a temperatura ambiente
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Exemplo de evolução de temperatura
durante a compostagem
C asca de Euc alipto: e volução da te mperatura
pe rfil horizontal
o
C
Pontos :
80
C
-30
-10
70
60
50
40
30
20
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Duração (s emanas )
Evolução da matéria orgânica
HC, lenhina, lípidos e proteínas
celulos e
toxinas
Áci dos húmi cos, lenhi na
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Transformações da matéria orgânica
Materiais
“frescos”
Decomposição
(exotérmico, rápido)
Moléculas
complexas (proteólise, celulólise,lenhinolólise, etc)
Estabilização ou humificação
Moléculas
simples ou do
material inicial
Moléculas
simples
(endotérmico, lento)
(condensação e polimerização)
Moléculas
complexas:
HUMÚS
Transformação da matéria orgânica
pH
ºC
Temperatura
90
80
Estabilização ou humificação
70
60
50
40
Decomposição
8
7
6
5
4
30
Fase mesofílica
Fase termofílica
Fase de estabilização
ou de maturação
Tempo
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Matérias-primas
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Características de alguns materiais
(valores extraídos de fontes diversas)
Material
% C (MS)
% N (MS)
C/N (p/p)
Aparas de relva
41,6
2,2-6
12-25
Resíduos de frutos
-
1,5
25-45
Folhas
44,5
0,7-0,93
40-80
Serradura
56,2
0,1-0,2
100-750
Madeira
-
0,09
200-1300
Papel
43,3
0,12-0,25
173-800
Restos de comida
50
3,0-3,2
11-16
Estrumes
30,6
1,7-6,3
15-25
Palhas
-
0,3-1,1
48-150
Métodos de compostagem
A selecção do método depende de:
•Características do material (físicas, químicas)
•Condições ambientais (clima)
•Condições físicas (localização, ventos)
•Condições económicas (aquisição manutenção)
•(outros...)
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Métodos de compostagem
Em pilhas
Em reactores ou digestores
Métodos de compostagem
Em pilhas amovíveis (com reviramento mecânico)
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Compostagem - Mestrado em
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Energia
Métodos de compostagem
Em pilhas amovíveis (com reviramento mecânico)
Preparação do material
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Preparação do material
Métodos de compostagem
Reviramento mecânico
27
Compostagem - Mestrado em
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Métodos de compostagem
Reviramento mecânico
Métodos de compostagem
Reviramento mecânico
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Métodos de compostagem
Reviramento mecânico
Equipamento para revirar o
composto
montado frontalmente
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montado
lateralmente
Em pilhas estáticas (com arejamento forçado)
Em baias
Ventil ador
Em pilha
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Compostagem e m reactores ou
digestores
Equipamento auto-motriz
para revirar o composto
Em tunel fechado
Em saco
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Compostagem em reactores ou digestores
Condições:
•Em espaço fechado
•Arejamento por circulação forçada de ar, reviramento ou
ambos
•Características
•Custo de instalação mais elevados
•Redução de área para a sua realização
•Maior homegeneidade de temperatura
•Redução da duração do processo
•Possível controlo mais sofisticado
Qualidade do composto
Legislação
•metais pesados
•materiais estranhos
•estabilidade
•ausência de patógenos
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Qualidade do composto
Utilização agrícola
• teor em nutrientes
• teor em MO
• capacidade de retenção de água
• condutividade eléctrica
• ausência de fitotoxicidade
• pH
Grau de m aturação do composto para fins
agrícolas
• Matéria orgânica fresca (a que não se pode
chamar composto)
• Composto fresco
• Composto (= composto estabilizado)
• Composto curtido
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O produto final
Exigência de qualidade do composto em função
do sua utilização:
•cobertura de at erros
•recuper ação de solos
•culturas arvenses
•solos de cobertura
•fruticultura
•horticultura
•produção d e tapetes de r elva
•plantas ornamentais
•jardinagem familiar
•relvados para golf e
•substrato para pl antas envas adas
Utilização agrícola
•teor em nutrientes
•teor em matéria orgânica
•capacidade de retenção de água
•condutividade eléctrica
•ausência de fitotoxicidade
•pH
Mestrado em Gestão Sustentável dos Espaços Rurais - Fundamentos da Sustentabilidade
Mário Reis (FERN)
34
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Formas de aplicação dos compostos
•Aplicação à superfície
•Incorporação no solo
•Aplicação de extractos aquosos
solo
planta
•Outros benefícios da compostagem
Redução do volume de resíduos
Valorização económica de resíduos
Tratamento de resíduos
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Resolução de problem as
durante a com postagem
Sintoma
Causa possível
A temperatura não sobe
Material muito seco
Solução
Verificar humidade,+ água
Material muito húmido
Verificar humidade,
misturar material mais
seco, espalhar para secar
Verificar C/N, misturar
com material rico em N,
juntar N
Aumentar volume
Falta de azoto
Pequeno volume material
Temperatura do ar muito baixa Isolar, pilhas maiores,
cobrir com composto
maduro
pH muito baixo
Misturar, a rejar,
adicionar CaCO 3
Temperatura acima de 65ºC
Demasiada actividade:
reduz-se eficiência do
processo, risco de incêndio
Arejar (revirar, injectar
ar), humedecer se
demasiado seco,mistura r
fonte de C se C/N baixa
Sintoma
Causa possível
Solução
Mau cheiro
(a ranço,vinagre
ou ovos podres)
Pouco ar,
demasiado azoto ou
demasiado húmido
Revirar.
Misturar palha, se rradura, aparas.
Drenagem interna
Pilha húmida e
cheiro agradável
Falta de N
Adicionar relva ou outro material
O material atrai
animais
Há resíduos animais
na mistura
Eliminar este s re síduos,cobrir pilha
com material tecido
Há resíduos de alimentos
na mistura
Cobrir com resí duos (folhas, aparas
cascas) ou composto
36
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Módulo IV – Componentes da Sustentabilidade Biofísica
na Agricultura
4.2 Sustentabilidade Biológica:
A matéria orgânica e nutrientes no
solo
Organismos do Solo
Compostagem e aplicação de
composto
Alguns casos particulares do efeito
da
agricultura no ambiente
37
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Energia
38
Compostagem - Mestrado em
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Energia
39
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Energia
40
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Energia
41
Compostagem - Mestrado em
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Energia
Valores máxi mos de metai s pesados e desvi os acei tes na UE (mg/kg MS)
Country
Quality Standard of
Cd
Cr
Cu
Hg
Ni
Pb
Zn
AT
Biowaste Ordinance Class A
1
70
150
0,7
60
120
500
BE (Fland.)
Agricultural Ministry
1,5
70
90
1
20
120
300
DK
Agricultural Ministry
0,4
-
1000
0,8
30
120
4000
D
Biowaste Ordinance Type II
1,5
100
100
1
50
150
400
IRE
Draft
1,5
100
100
1
50
150
350
LUX
Environmental Ministry
1,5
100
100
1
50
150
400
NL
Second Class ?Compost?
1
50
60
0,3
20
100
200
ES (Cata.)
Class A (draft)
2
100
100
1
60
150
400
SWE
Quality assurance organisation
1
100
100
1
50
100
300
UK
TCA Quality Label
1,5
100
200
1
50
150
400
Fonte: www.compostnetwork.info/biowaste/index.htm
42
Volume de composto que se pode aplicar em função da
condutividade eléctrica (L m-2)
(à superfície ou incorporado até 5 cm)
CE (dS m-1 ) Plantas sensíveis
0–1
Sem limite
1–2
< 15
2–4
<8
4–8
<4
8 – 12
< 2,5
> 12
<2
Plantas tolerantes
Sem limite
> 60
< 32
< 16
< 10
<8
.
Para incorporação mais profunda, podem-se duplicar as quantidades
Fonte: http://www.wrap.org.uk/downloads/Review_of_Compost_Standards.9c2f9283.pdf
Compostagem - Mestrado em
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Estabilidade
(resistência da matéria orgânica do composto
à degradação)
Maturação
(aptidão do composto para
determinado uso)
43
(aptidão para determinado uso)
Maturação
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Energia
uso C…
uso B
uso A
Estabilidade
(resistência da matéria orgânica à degradação)
Protótipo desenvolvido pelo Projecto LIFE 543
44
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Energia
Concentração média de alguns macronutrientes em
compostos de RSU (adaptado de He et al., 2001)
(g kg-1 )
País
P
K
Ca
Mg
USA
3.4
4.3
27.8
2.8
Alemanha
2.7
8.4
28.2
4.8
Espanha
6.0
7.0
75.0
5.0
França
2.6
2.5
40.0
3.0
Itália
2.7
0.7
-
-
Holanda
3.3
2.7
21.4
3.5
Concentração média de alguns micronutrientes em
compostos de RSU (adaptado de He et al., 2001)
(mg kg-1 )
País
Fe
B
Cu
Mn
Mo
Zn
USA
16400
54.1
250
431
7.2
609
Alemanha
-
-
43.2
-
-
211
Espanha
2200
3.0
200
500
-
700
França
-
60.0
250
600
-
1000
Itália
-
-
422
-
-
857
Holanda
-
60.0
630
400
-
1650
45
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Degradação de agro-químicos durante a
compostagem
Mistura de estrume, palha
e turfa1
de:
s.a.
bromofenoxin
2,4-D
Insecticida
lindano
diazinão
oxidemetão-metilo
paratião
Fungicida
benomil
propinebe
Regulador de
CCC
crescimento
tylosin
Mistura de estrume de frangos e turfa2
Antibiótico
Zn-Bacitracin
Herbicida
% de redução
80
80
80
80
100
80
80
80
18
100
80
Fonte: 1 Vog tmann et al., 1983 in Ru sso, 2003
2
V ogtmann et al ., 1978
46