Revista das Ciências Agrárias, volume XXIX, 2006: 221-237.
Co-compostagem de lamas de ETAR da indústria têxtil com suportes
orgânicos residuais: estudo do processo e caracterização dos compostos
finais
Cocomposting of textil industry sludge with organic wastes: process
evolution and composts characterization
A. Fernandes 1, A. Sousa 2, M. Costa 3, C. Vasconcelos5, E. Leandro 3, M. Russo 4, M.
Cunha 5
1
Divisão de Hidráulica, das Infrastruturas Rurais, do Ordenamento do Território e do
Ambiente, DRAEDM [email protected], 2Escola Superior Agrária de Ponte de
Lima, IPVC antó[email protected], 3Laboratório Regional [email protected], 4 Escola Superior de Tecnologia e Gestão, IPVC,[email protected], , 5
Secção Autónoma de Ciências Agrárias, F.C.U.P., Rua Padre Armando Quintas, 4485-661
Vairão, e-mail: [email protected].
RESUMO
A aplicação de lamas ao solo é uma das possíveis vias para o seu escoamento. Estudos
à escala Laboratorial apontam para o seu valor fertilizante associado a consideráveis teores
em azoto e fósforo. Contudo, a aplicação de lamas aos solos encerra cuidados especiais de
manuseamento associados a questões de higienização e obriga ao conhecimento de todo um
conjunto de factores, nomeadamente do tipo de solos onde vai ser aplicada a lama, da
distância a linhas de água e de técnicas culturais que não são dominados pelo utilizador. A
necessidade de conferir a estes resíduos uma maior margem de segurança na aplicação e
estabilidade na deposição, a fim de salvaguardar a saúde pública e o ambiente conduziu ao
estudo em questão, através do qual se pretendeu efectuar o tratamento de lamas de ETAR da
industria têxtil mediante a sua co-compostagem com resíduos que constituíssem uma fonte
de carbono, tais como algodão, casca de pinheiro e serrim, em proporções calculadas para
corrigir a relação C/N inicial. Constituíram-se três tipos de misturas, lama + serrim, lama +
casca de pinheiro e lama + algodão + serrim, e seis tratamentos. Após 45 dias em
degradação activa, os resíduos orgânicos permaneceram em maturação durante 90 dias. São
apreciados os parâmetros de evolução da compostagem e é efectuada a caracterização físicoquímica e a avaliação do grau de higienização dos compostos finais.
1
ABSTRACT
Sludge use on land is a possible way for the management of these organic wastes.
Laboratory essays show the sludge fertilizer value resulting from high levels of nitrogen and
phosphorus content. However sludge spreading on land need special handle care related
with higienization as well as a knowledge about a whole of factors that are not generally
controlled by the users such as, kind of soil, cultural technics, distance to groundwater. The
necessity for increase safety on sludge handling and stability on land use, in order to protect
health and the environment, lead to this work, where we pretend to do a sludge treatment by
co-composting it with organic wastes as a carbon source. So, sawdust, pine bark and cotton
were added to sludge just in the right proportion to balance C/N ratio, and three kind of
moistures were carried out: sludge + sawdust, sludge + pine bark, and sludge + cotton +
sawdust. The composts were obtained after forty five days of active degradation and ninety
days of maturation period. Composting evolution, physical and chemical characterization of
the final composts were evaluated as well as their higienization degree.
INTRODUÇÃO
De acordo com um parecer do Instituto de Resíduos sobre a valorização agrícola das
lamas, as lamas provenientes de ETAR´s domésticas, ou de composição similar, podem ter
valor fertilizante, constituindo uma fonte de matéria orgânica e de nutrientes, e ter acção
como correctivo alcalinizante para o solo (Lobo, 2001).
A Comissão Europeia apoia a aplicação ao solo de lamas de ETAR´s domésticas e
outras, de composição similar, desde que sejam tomadas providências no sentido de se
assegurar a salvaguarda da saúde pública e do ambiente (Evans, 2002). Pesquisas levadas a
cabo na União Europeia, durante os últimos trinta anos, têm comprovado que a aplicação
controlada de lamas ao solo, respeitando as exigências da directiva 86/278/CEE, não
ocasionam prejuízos para o ambiente nem riscos para a cadeia alimentar (CEC, 2002a).
Existe a tendência, na União Europeia, para que na política de escoamento de resíduos se
adoptem soluções que privilegiem a sua reutilização e valorização (Pinto, 2002). A
2
aplicação de lamas ao solo contribui para a conservação dos solos, a reciclagem de
nutrientes e a redução da emissão de gases com efeito de estufa (CEC, 2002b). A Directiva
1999/31/CE, relativa à deposição de resíduos em aterro, estabelece a definição, por parte dos
estados membros, de uma estratégia, no sentido da diminuíção dos resíduos biodegradáveis
destinados a aterro de modo a ser alcançada uma redução de 25% em 2006 e de 50 % em
2009 (Paulino & Santana, 2001). Como alternativa à reciclagem das lamas, para aquelas
cujo potencial de contaminação não permita a sua aplicação ao solo, é apontada a
incineração (Evans, 2002).
Limitações na aplicação de lamas de ETAR´s domésticas e de composição similar
estão associadas à sua higienização. De acordo com a directiva comunitária 86/278/CEE, só
são susceptíveis de serem aplicadas ao solo lamas tratadas, não estando contudo definidos os
processos para o seu tratamento, nem o tipo de monitorização a realizar, o que tem gerado
alguma confusão. Entende-se por lamas tratadas ou estabilizadas as que são sujeitas a um
tratamento físico, químico ou biológico, daí resultando um produto com menor massa, com
menos odor e com menor carga de organismos patogénicos, apresentando menos riscos para
a saúde pública e ambiente (Bitton & Lin, 1994). De acordo com o último documento de
trabalho relativo ao tratamento biológico de resíduos biodegradáveis (CE, 2001), a
reciclagem e a compostagem ocupam o terceiro e quarto lugar, respectivamente, na
hierarquia da gestão de resíduos, depois da redução da produção e da contaminação por
poluentes (1º lugar) e da reutilização (2º lugar).
Para além do efeito sobre a higienização, há evidência experimental da existência de
uma correlação positiva entre o aumento de produção das culturas com a melhoria das
propriedades físicas do solo, nomeadamente da capacidade de retenção de água, e com a
libertação gradual de azoto e fósforo (Smith et al.,1992). De acordo com os mesmos autores,
a taxa de mineralização do azoto veiculado pelas lamas está dependente do tratamento a que
foram sujeitas, verificando-se que para lamas compostadas a taxa pode ser de apenas 1/3 da
que se verifica com lamas não tratadas. Este aspecto tem particular importância na defesa
dos aquíferos da poluição pelos nitratos, pelo que à luz do código de boas práticas agrícolas
a compostagem das lamas deverá ser uma solução de tratamento privilegiada (MADRP,
1997).
A compostagem é referida como uma das possíveis técnicas de estabilização (Gomes,
2001; Bitton & Lin, 1994). A utilização de matéria orgânica estabilizada, pode contribuir,
3
através de fenómenos de retenção no complexo de troca e de quelatização, para diminuir a
biodisponibilidade e a mobilidade dos metais pesados no solo (Santos, 1995).
Relativamente à presença de compostos orgânicos tóxicos nas lamas e ao risco da sua
entrada na cadeia alimentar, dados experimentais têm revelado que a aplicação de lamas aos
solos não tem conduzido à absorção destes compostos pelas plantas e, quando ocorre, a
quantidade absorvida é negligenciável (EPA, 2000).
As três ETAR´s actualmente em funcionamento, para tratamento dos efluentes das
Indústrias Têxteis do Vale do Ave, produzem 26 000 t lama por ano. Estas lamas estão, na
sua totalidade, a ser escoadas para valorização agrícola como fertilizantes do solo. De
acordo com o plano do projecto de despoluição do rio Ave (SIDVA) prevê-se a construção
de mais quatro ETAR´s e a ampliação de duas, o que vai contribuir para quase triplicar o
montante de lamas actualmente produzido.
É objectivo do estudo avaliar a vantagem do tratamento das lamas têxteis por
compostagem na perspectiva da obtenção de um produto que, por um lado apresente um
acrescido valor agronómico e, por outro lado, seja mais seguro do ponto de vista ambiental.
MATERIAL E MÉTODOS
A lama utilizada apresentava um teor em cobre, zinco, crómio e níquel inferior aos
limites estipulados na legislação (Portaria 176/96), o que permitia a sua aplicação ao solo
(Quadro 1). Para que a compostagem se processasse em boas condições houve que corrigir
alguns parâmetros, nomeadamente a relação carbono/azoto, a humidade e a densidade do
material, as quais se apresentavam desfavoráveis à actividade dos microorganismos
intervenientes no processo (Quadro 1).
A lama foi misturada com resíduos, que funcionavam, simultaneamente, como fonte
de carbono e como agentes estruturantes (Quadro 1).
4
Quadro 1 - Caracterização físico-química dos materiais utilizados.
Determinações
Unidades
Lama de
ETAR
7,6
866
368
633
70,9
pH
Humidade
g kg-1
Carbono Orgânico 1
g kg-1
1
Matéria Orgânica
g kg-1
1
Azoto total
g kg-1
Azoto Amoniacal
g kg-1
0,32
+ 1
(N-NH4 )
-1
Relação C/N
g kg
5
1
-1
Fósforo ( P)
g kg
41
Potássio (K) 1
g kg-1
3,7
Cálcio (Ca) 1
g kg-1
31,3
1
Magnésio (Mg)
g kg-1
7,5
Sódio (Na) 1
g kg-1
4,5
Cobre (Cu) 1
mg kg-1
432,9
Ferro (Fe) 1
mg kg-1
3798,7
Manganês (Mn) 1
mg kg-1
194
Zinco (Zn) 1
mg kg-1
619,4
Cádmio (Cd) 1
mg kg-1
*
1
Chumbo (Pb)
mg kg-1
*
Cobalto (Co) 1
mg kg-1
*
Crómio (Cr) 1
mg kg-1
74,6
Níquel (Ni) 1
mg kg-1
74,6
Condutividade eléctrica
mS/cm
2,624
1
- valores expressos na matéria seca a 105 ºC; * espectrofotómetro de absorção atómica, de chama.
Serrim
4,8
477
468,0
806,8
0,19
Casca de
Pinheiro moída
4,4
372
591,6
825,2
2,5
0,02
2450
0,19
0,6
2,3
0,6
0,4
Fibra de
Algodão
6,8
56,3
510,5
880,2
14,8
0,3
189
0,8
2,2
3,8
1,4
34
2,8
20,7
19,4
4,2
1,4
*
*
42,4
4,2
*
*
*
*
2,1
0,902
2,09
24,6
valor inferior ao limite de detecção do
Constituíram-se três modalidades de mistura com lama: lama + serrim (LS), lama +
casca (L+C) e lama + algodão + serrim (LAS), em proporções que asseguravam o equilíbrio
carbono/azoto, que variou de C/N≈30, para as misturas com resíduos de difícil
biodegradabilidade (LS e LC), a C/N≈25, para materiais mais fermentescíveis (LAS)
(Quadro 2).
Quadro 2 - Composição das pilhas por tratamento
Tratamento
T1
T2
T3
T4
T5
T6
Materiais
Lamas + Casca de Pinheiro moída
Lamas + Casca de Pinheiro moída
Lamas + Serrim
Lamas + Serrim
Lamas + Fibra de algodão + Serrim
Lamas + Fibra de algodão + Serrim
Sigla
Relação
LC (1:1)
1/1
LC (2:1)
3/1
LS (1:1)
1/1
LS (2:1)
2/1
LAS (3:0,5:0,5) 3/0,5/0,5
LAS (3:0,2:0,4) 3/0,22/0,44
Quantidade (Kg)
500/500
900/300
500/500
600/300
660/120/120
820/60/120
Os materiais foram misturados com o auxílio de uma betoneira e constituíram-se
pilhas do tipo “windrow”, com a dimensão de 1,20 x 1,20 m de base e 1,10 m de altura. As
5
pilhas foram instaladas sob um coberto plástico, com arejamento natural nos topos, e o teor
de humidade foi ajustado a 65%. A composição das misturas de resíduos, para as
modalidades constituídas, encontra-se descrita no quadro 3.
Quadro 3 – Composição física e química dos resíduos, logo após a mistura.
Parâmetros
Unidades
T1
(LC 1:1)
pH
6,20
Humidade
g kg-1
515,2
Carbono orgânico 1
g kg-1
416,3
1
Matéria Orgânica
g kg-1
717,5
1
-1
Azoto total (N)
g kg
13,8
Azoto amoniacal
g kg-1
0,2
(N-NH4+) 1
Relação C/N
30
Fósforo (P) 1
g kg-1
4,3
Potássio (K) 1
g kg-1
2,1
1
-1
Cálcio(Ca)
g kg
5,2
Magnésio (Mg) 1
g kg-1
1,9
Sódio (Na) 1
g kg-1
0,8
Cobre (Cu) 1
mg kg
45,4
Ferro (Fe) 1
mg kg
1636
1
Manganês (Mn)
mg kg
61,9
Zinco (Zn) 1
mg kg
92,8
Condutividade
mS/cm
1,599
eléctrica
1
- valores expressos na matéria seca a 105 ºC
6,9
714,3
485,1
836,5
32,2
1,1
6,5
557,7
427,4
736,8
13,3
0,1
5,8
732,1
483,1
832,5
18,7
10,6
T5
(LAS
3:0,5:0,5)
8,60
692,9
515,1
887,9
29,6
1,3
15
14,7
2,8
9,5
3,2
2,1
157,5
1625
105
220,5
1,968
32
1,6
0,9
3,2
0,7
0,7
22,6
528,8
113
56.5
1,333
26
8,6
1,5
6,0
1,9
1,9
101
1210
131
161
3,731
17
15,3
17,6
22,8
5,2
1,6
397,2
2240,1
140
247,5
10,414
T2
(LC 3:1)
T3
T4
(LS1:1) (LS 2:1)
T6
(LAS
3:0,2:0,4)
9,15
717,4
395,5
682,1
29,0
1,8
14
14,9
4,6
9,9
2,8
1,8
159,2
1804,4
113,2
215,8
4,182
Para apreciar a evolução do processo controlaram-se os seguintes parâmetros:
temperatura, humidade, pH, matéria orgânica, azoto total e relação C/N.
A temperatura foi monitorizada diariamente nas pilhas, através de termopares com
sondas tipo K em aço inox de ∅ 6mm, com 30, 60 e 100 cm de comprimento, colocados em
três pontos: topo, centro e base, acoplados a um painel digital de aquisição de temperaturas,
constituído por um selector rotativo de 40 canais Omega OSW5-40 e leitor digital de
temperatura SHINKO FIR-101 CE M/Range, alimentado por fonte de 220V. Para promover
o arejamento, as pilhas eram revolvidas manualmente, de dois em dois dias nas primeiras
duas semanas e, a partir dessa data até aos 45 dias de compostagem, uma vez por semana.
Para a manutenção da humidade (≈60%) os resíduos foram regados, sempre que necessário,
durante o processo de revolvimento, de modo a assegurar uma distribuição mais homogénea
da água. Para apreciar a evolução dos parâmetros físicos e químicos dos resíduos colheram-
6
se amostras de 3 em 3 semanas. Para determinar o pH dos resíduos recorreu-se a um
potenciómetro, efectuando-se a leitura directa na suspensão aquosa resíduo orgânico e água
desionizada, na proporção 1:5 (p/v). Para medição da condutividade eléctrica recorreu-se a
um condutivímetro, por leitura directa na suspensão, na mesma proporção do pH. A
humidade foi determinada por secagem em estufa, até peso constante, à temperatura de 105
ºC. Para quantificar a matéria orgânica, os ácidos húmicos e fúlvicos, recorreu-se ao método
de Tinsley (Tinsley, 1950), para o carbono orgânico ao coeficiente empírico (Carbono
orgânico = Matéria orgânica x 0.58). Para doseamento do azoto total utilizou-se o método de
Kjeldahl, para quantificar o azoto amoniacal o método do arrastamento pelo vapor e para
quantificar o azoto nítrico o método da liga de Devarda (Bremner, 1965). O doseamento dos
elementos minerais dos resíduos e compostados foi efectuado após digestão das amostras
com a mistura nitro-perclórica (Isaac, 1980), por espectrofotometria de absorção molecular,
no caso do fósforo; por fotometria de chama para o potássio e sódio; por espectrofotometria
de absorção atómica para os restantes elementos. A extracção das substâncias húmicas foi
efectuada pelo método do pirofosfato de sódio, com separação das fracções por variação do
pH (Jodice et al., 1984). Para avaliar o grau de higienização dos compostos realizaram-se
análises microbiológicas da lama, à saída da prensa e após 1 mês de ensacagem, assim como
análises aos compostos no final da fase da compostagem (45 dias). Os microorganismos
patogénicos pesquisados foram a Escherichia coli e a Salmonela sp, referidos na Decisão da
Comissão 98/488/CE, para atribuíção do rótulo ecológico comunitário a correctores do solo.
Na ausência de métodos específicos, os métodos adoptados foram os que constam nas
normas de qualidade alimentar, de pré enriquecimento, seguido de isolamento em placa e
posterior confirmação sorológica e bioquímica para a Salmonela sp., e o da fermentação em
tubos múltiplos, com interpretação dos resultados pela tabela de McCrady para a E. coli.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
7
Evolução da temperatura
Pela leitura da figura 1 constata-se que a evolução das temperaturas nos diferentes
compostos foram, de uma forma geral, mais elevadas na parte superior da pilha.
75
T1
60
Superior
75
Inferior
60
45
T2
Inferior
ºC
ºC
45
30
15
30
15
0
0
0
7
13
16
21
27
37
42
44
49
0
7
13
16
21
Dias
75
T3
75
Superior
60
Inferior
ºC
ºC
27
Dias
37
42
44
T4
30
15
49
Superior
60
45
Inferior
45
30
15
0
0
0
7
13
16
21
27
37
42
44
49
0
7
13
16
Dias
T5
75
75
Superior
21 27
Dias
37
42
T6
44
49
Superior
60
Inferior
60
Inferior
45
ºC
45
ºC
Superior
30
30
15
15
0
0
0
7
13
16
21
27
37
42
44
0
49
Dias
7
13
16
21 27
Dias
37
42
44
49
Figura 1 - Evolução da temperatura: T1 (LC 1:1), T2 (LC 3:1), T3 (LS 1:1), T4 (LS 2:1), T5 (LAS
3:0,5:0,5), T6 (LAS 3:0,2:0,4).
Este facto poderá ser explicado pela forma da pilha, a qual, proporcionando um maior
arejamento na parte superior, contribuiu para uma maior actividade dos microorganismos
intervenientes no processo, o que se traduz em maior libertação de energia sob a forma de
calor. Por outro lado, verifica-se que apenas foram atingidas temperaturas de 50-70 ºC nos
tratamentos T1 (LC 1:1), T2 (LC 3:1), T5 (LAS 3:0,5:0,5) e T6 (LAS 3:0,2:0,4). Estas
8
temperaturas são referidas por Bitton & Lin (1994) como temperaturas de higienização as
quais permitem reduzir significativamente os teores em agentes patogénicos, parasitas e
sementes de infestantes. A temperatura é um dos parâmetros indicadores da actividade
microbiana (Mustin, 1987), pelo que a ausência de subida da temperatura para valores
superiores a 50 ºC, observada nas modalidades LS (T3 e T4), revela que um ou mais
factores podem ter actuado desfavoravelmente sobre os microrganismos, limitando o seu
desenvolvimento e actividade. Como factores que podem ter prejudicado a actividade
microbiana referem-se uma possível falta de água efectiva no “start-up” do processo, por
deficiente homogeneização dos materiais, e durante a fase activa de degradação. No
tratamento T5 (LAS 3:0,5:0,5) observaram-se temperaturas superiores a 72 ºC ao fim de 16
dias de compostagem. Estas temperaturas são consideradas críticas, pois afectam a
sobrevivência dos microrganismos intervenientes na compostagem e têm como
consequência um abrandamento do processo de decomposição e subsequente redução da
temperatura (Cardenas & Swang., 1980), o que veio a verificar-se.
A maior actividade de degradação nas modalidades LAS (T5 e T6) está possivelmente
relacionada com a maior biodisponibilidade do carbono que constitui as fibras de celulose
do algodão, assim como com a maior superfície específica de contacto com os
microrganismos activos no processo de compostagem. As menores temperaturas atingidas
nos tratamentos com serrim e casca de pinheiro podem resultar da menor biodegradibilidade
destes materiais, resultante da presença de lenhina e de compostos fenólicos. A menor
disponibilidade do carbono, que constitui a fonte de energia necessária à actividade
microbiana, traduz-se numa taxa de degradação mais lenta que se reflecte numa menor
libertação de energia na forma de calor.
Observa-se uma quebra de temperatura aos 21 dias de compostagem (Figura1) como
resultado da amostragem ter sido efectuada imediatamente após a rega das pilhas. Este facto
é confirmado pela ocorrência de uma subida da temperatura, após a rega, para valores
considerados normais nesta fase. Ao fim de 45 dias observou-se a estabilização das
temperaturas para valores próximos da temperatura ambiente, iniciando-se a partir desta data
a fase de maturação. Os resíduos permaneceram nas pilhas em maturação por um período de
90 dias, a fim de ocorrerem os fenómenos de humificação e de se assegurar a estabilidade da
matéria orgânica do composto final.
9
Evolução da humidade
A percentagem de humidade manteve-se, para a generalidade dos tratamentos, dentro
dos valores desejados, não actuando como limitante da compostagem (Fig.2).
T1
T2
80
80
60
60
40
y = 0,0005x 2 - 0,1382x + 58,796
R2 = 0,1367
20
40
y = 0,0006x 2 - 0,2084x + 67,727
R2 = 0,733**
20
0
0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
0
20
40
60
T3
T4
80
80
60
60
40
40
y = -0,0008x2 - 0,0235x + 59,504
R2 = 0,8502**
20
80 100 120 140 160 180 200
y = 0,0013x2 - 0,3889x + 72,9
R2 = 0,8494**
20
0
0
0
20
40
60
80
0
100 120 140 160 180 200
20
40
60
T5
T6
80
80
60
60
40
80 100 120 140 160 180 200
40
y = 0,0001x2 - 0,1526x + 66,7394
R2 = 0,5982*
20
y = 0,0007x2 - 0,3172x + 72,278
R2 = 0,9278**
20
0
0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
Figura 2 -Evolução da percentagem de humidade T1 (LC 1:1), T2 (LC 3:1), T3 (LS 1:1), T4
(LS 2:1), T5 (LAS 3:0,5:0,5), T6 (LAS 3:0,2:0,4).
Da análise dos gráficos verifica-se que em todos se verifica uma descida do teor em
água, e que podemos agrupar os gráficos em dois grupos: um dos tratamentos T1 (LC 1:1),
T3 (LS 1:1) e T5 (LAS 3:0,5;0,5) e outro dos tratamentos T2 (LC 3:1), T4 (LS 2:1) e T6
(LAS 3:0,2:0,4). Isto porque, embora o gráfico para o T1 (LC 1:1) não apresente forma
semelhante ao T3 (LS 1:1) e ao T5 (LAS 3:0,2;0,4), os três tratamentos tem subidas no teor
10
de água após o inicio da fase de degradação e no outro grupo tal não ocorre, facto que terá
resultado do menor quantitativo de lama adicionado, efeito este que se diluiu ao longo do
tempo.
Estes dados estão em consonância com os referidos por Carvalho et al.(1994), de 75 a
85 %, como teores de humidade de referência a não serem ultrapassados na compostagem de
resíduos florestais. Contudo, não se constatou haver relação entre o maior teor de humidade
presente nos tratamentos T2 (LC 3:1), T4 (LS 2:1) e T6 (LAS 3:0,2:0,4) e a maior
temperatura atingida no processo de compostagem.
A percentagem de humidade reflecte o balanço hídrico dos compostos, facto este que
parece não ter condicionado o processo de compostagem em estudo. De acordo com
Cardenas & Swang (1980), quando o teor de humidade se situa entre os 35% e 40%, a
decomposição torna-se significativamente mais lenta, podendo mesmo ocorrer a interrupção
do processo para valores inferiores a 30%.
Evolução do pH
Observa-se, em todos os tratamentos, que o pH se manteve ou inclusive aumentou nos
T2
primeiros vinte dias.
de compostagem (15T1 A não descida de pH no início da fase termófila
1710dias), não está de acordo com o referido por
10 Mustin (1987), segundo o qual há uma
8
8
intensa
produção de ácidos orgânicos, que se dissociam
em solução aquosa e que são
6
6
responsáveis
pela acidificação do substrato. Esta acidez inicial seria favorável ao
4
4
y = 0,0001x 2 - 0,0242x + 6,4443
= 0,0002x - 0,0443x + 7,453
crescimento
dosR2fungos
com capacidade para degradar
ay celulose
e a lenhina (Carvalho et
2
2
= 0,7791**
R2 = 0,8041**
2
0
al.,0 1994). Neste caso tal não aconteceu, possivelmente
devido a má homogeneização dos
0
20 40
0
60 80 100 120 140 160 180 200
materiais originais
20 40
60 80 100 120 140 160 180 200
T4
T3
10
Após a subida inicial observa-se um decréscimo
do pH até sensivelmente aos 80 dias
10
8
8
de 6compostagem (Figura 3), verificando-se que a descida mais significativa ocorre nas
6
4 dentro da gama de valores neutros. As
modalidades LAS (T5 e T6), embora se conserve
4
y = 0,00005x2 - 0,01989x + 6,75582
R2 = 0,89950**
2
y = 0,00007x 2 - 0,01778x + 6,24339
R2 = 0,50103*
2
misturas
LS e LC apresentam menor variação de pH. Com excepção do tratamento T4 (LS
0
0
20
40
60
0
80 100 120 140 160 180 200
0 20 40 60
100 120 140 160
2:1), todos os gráficos apresentam significativos coeficientes
de 80
ajustamento.
180 200
T6
T5
Num processo de compostagem equilibrado, após a fase de acidogénese e em plena
10 valores básicos, como consequência da
10 termófila deve ocorrer uma subida do pH para
fase
8
8
6
6
4
4
y = 0,0002x - 0,0489x + 9,0261
R2 = 0,8254**
2
2
0
0
20 40
60 80 100 120 140 160 180 200
11
y = 0,0002x 2 - 0,0562x + 9,4746
R2 = 0,9153**
2
0
0
20 40
60 80 100 120 140 160 180 200
hidrólise bacteriana dos radicais amina, que constituem as proteínas, daí resultando a
produção da base amoníaco (Mustin, 1987). Contudo, essa evolução não se verificou; apesar
de todos os gráficos apresentarem concavidade voltada para cima, o que indica um ligeiro
aumento do pH na fase final, este não alcança valores significativamente diferentes.
Figura 3 -Evolução do pH: T1 (LC 1:1), T2 (LC 3:1), T3 (LS 1:1), T4 (LS 2:1), T5
(LAS 3:0,5:0,5), T6 (LAS 3:0,2:0,4).
Quando, após a fase termófila, o pH não recupera, é recomendável a adição de um
correctivo alcalinizante, nomeadamente calcário, o que não se efectuou. A acidez dos
substratos terá prejudicado a actividade das bactérias predominantes no processo de
degradação, cujo pH de crescimento óptimo se situa na vizinhança da neutralidade, ou seja 6
(Mustin, 1987).
12
Evolução da matéria orgânica
T1
T2
120
120
100
100
80
80
60
60
40
y = -0,0011x2 + 0,1787x + 73,783
R2 = 0,3825
20
0
40
y = 0,0003x2 - 0,1108x + 77,554
R2 = 0,3291
20
0
0
20 40
60
80 100 120 140 160 180 200
0
20 40
60
80 100 120 140 160 180 200
T4
T3
120
100
120
80
100
80
60
60
40
40
y = -0,0007x2 + 0,0402x + 79,36
R2 = 0,2414
20
0
0
20 40
60
y = 0,0006x2 - 0,2492x + 85,91
R2 = 0,6844*
20
0
80 100 120 140 160 180 200
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
T6
T5
120
120
100
100
80
80
60
60
40
40
y = 0,0009x 2 - 0,3052x + 88,584
R2 = 0,3276
20
y = -0,0012x 2 + 0,1127x + 67,669
R2 = 0,7022
20
0
0
0
20 40 60
0
80 100 120 140 160 180 200
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Figura 4 - Evolução do teor de matéria orgânica: T1 (LC 1:1), T2 (LC 3:1), T3 (LS 1:1), T4 (LS
2:1), T5 (LAS 3:0,5:0,5), T6 (LAS 3:0,2:0,4).
Como resultado da degradação oxidativa da matéria orgânica que se processa durante a
compostagem, o teor em carbono deverá diminuir com o tempo, sendo libertado para a
atmosfera sob a forma de dióxido de carbono. Isto implica que o aumento do teor em
matéria orgânica observado nos primeiros 40 dias, para a generalidade dos tratamentos, com
excepção do T2 (LC 2:1), (Figura 4), só poderá ser explicado por um problema analítico
relacionado com uma deficiente amostragem, devido à heterogeneidade dos materiais.
13
Como se pode constatar ao fim de 40 dias de compostagem, quando os materiais já se
encontravam mais degradados, tornando possível a obtenção de uma amostra mais
homogénea, já se observa o decréscimo esperado no teor em matéria orgânica. Aos 90 dias
de compostagem obteve-se uma taxa de perda de matéria orgânica comparativamente à
existente nos substratos iniciais, de 12,4% para T2 (LC 2:1), 14% para T3 (LS 1:1), 29,8%
para T4 (LS 2:1), 29,9 % para T5 (LAS 3:0,5:0,5) e 9,5 % para T6 (LAS 3:0,2:0,4). Dada a
natureza dos materiais iniciais, como a casca de pinheiro e o serrim, muito lenhificados e de
difícil decomposição, estas taxas não são consideradas baixas (Pereira, c.p., 2003). De
Bertoldi (1999) refere que a quantidade de matéria orgânica biodegradável nos materiais de
partida tem de ser alta uma vez que durante o processo cerca de 30 % é mineralizada e cerca
de 20 % sofre humificação.
Evolução do azoto total
O teor em azoto total para o T2 (LC 3:1) e para o T5 (LAS 3:0,5:0,5) diminui até aos
100 dias de compostagem, voltando em seguida, a aumentar; no entanto, para o T5 (LAS
3:0,5:0,5) aumentou para valores superiores aos iniciais, o que não aconteceu com o T2 (LC
3:1). As descidas iniciais do teor de azoto total só poderão ser explicadas por perdas de
azoto por volatilização, sob a forma de amoníaco, fenómeno este que ocorrerá, sobretudo,
quando se realiza o reviramento das pilhas de compostagem. O T1 (LC 1:1), tal como o T3
(LS 1:1), não apresentou grande variação; no entanto, subiu a partir dos 90 dias. No caso do
T4 (LS 2:1) e T6 (LAS 3:0,2:0,4) não é possível tirar qualquer ilação visto os valores
oscilarem bastante (R2=0,082 e R2=0,021, respectivamente) (Figura 5).
O odor a amoníaco era particularmente notório nos tratamentos T5 (LAS 3:0,5:0,5) e
T6 (LAS 3:0,2:0,4), que continham fibra de algodão, e que correspondem a substratos com
valores de pH e com teores em azoto mais elevados (baixas razões C/N iniciais). Estas
perdas podem ser minimizadas, quer através da criação de condições desfavoráveis à
produção de amoníaco, recorrendo a misturas que promovam o abaixamento do pH (Raviv
et al., 2002), quer através imobilização do amoníaco presente nos substratos, pela adição
fertilizantes fosfatados solúveis em água. Neste último o ião fosfato combina-se com o azoto
14
amoniacal para formar fosfato de amónio (Mitchell et al.,1990, Santos, 1991). A aplicação
deste aditivo valoriza o composto do ponto de vista agrícola.
T2
T1
3,5
3
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
2,5
2
1,5
1
2
y = 0,00003x 2 - 0,00298x + 1,31397
R
= 0,85543**
0,5
0
0
20
40
60
y = 0,00009x2 - 0,02106x + 3,13299
R2 = 0,58754*
0
80 100 120 140 160 180 200
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
T4
T3
3,5
3,5
3
3
2,5
2,5
2
2
1,5
1,5
1
1
y = 0,00002x2 - 0,00029x + 1,21926
0,5
R 2 = 0,77448**
0
0
20 40
y = -0,00002x 2 + 0,00270x + 1,73892
R2 = 0,08245
0,5
0
60 80 100 120 140 160 180 200
0
20
40 60
80 100 120 140 160 180 200
T6
T5
3,5
3
3,5
2,5
2
1,5
1
2,5
3
2
1,5
1
y = 0,0001x2 - 0,0209x + 3,0673
R2 = 0,5444*
0,5
0
y = 0,0000043x2 - 0,0001110x + 2,8242374
R2 = 0,02105
0,5
0
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
Figura 5 - Evolução do teor de azoto total: T1 (LC 1:1), T2 (LC 3:1), T3 (LS 1:1), T4 (LS 2:1),
T5 (LAS 3:0,5:0,5), T6 (LAS 3:0,2:0,4).
Evolução da relação C/N
15
Verifica-se, para a generalidade dos tratamentos, um aumento da relação C/N até aos
60 dias de compostagem seguido de uma diminuição, excepção ao T5 (LAS 3:0,5:0,5), onde
esta relação permaneceu relativamente constante (Figura 6). No caso do T4 (LS 2:1) ocorre
uma oscilação de valores (R2 =0,15), podendo no entanto verificar-se uma tendência de
descida até aos 60/80 dias e um ligeiro aumento a partir daí.
T1
T2
50
50
40
40
30
30
20
y = -0,0011x 2 + 0,1409x + 32,928
R2 = 0,7966**
10
0
0
20 40
60 80 100 120 140 160 180 200
20
y = -0,0004x 2 + 0,0892x + 14,094
R2 = 0,4187
10
0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
T3
T4
50
50
40
40
30
30
20
y = -0,0008x + 0,0566x + 36,759
R2 = 0,3945
2
10
0
20
y = 0,0003x 2 - 0,0837x + 29,314
R2 = 0,1542
10
0
0
20 40
60 80 100 120 140 160 180 200
0
20 40
60 80 100 120 140 160 180 200
T6
T5
50
50
40
40
30
30
20
20
10
y = -0,0006x2 + 0,0723x + 16,315
R2 = 0,8066**
0
0
20 40
10
y = -0,0002x2 + 0,0131x + 14,199
R2 = 0,9545**
0
0
60 80 100 120 140 160 180 200
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200
Figura 6 - Evolução da relação C/N: T1 (LC 1:1), T2 (LC 3:1), T3 (LS 1:1), T4 (LS 2:1), T5
(LAS 3:0,5:0,5), T6 (LAS 3:0,2:0,4).
Esta evolução está em desacordo com a que se processa normalmente durante a
compostagem. Segundo Mustin (1987), durante a fase de fermentação activa, os
16
microorganismos consomem 15 a 30 vezes mais carbono do que azoto, pelo que
naturalmente a relação C/N deverá decrescer durante a compostagem até um valor variável
de 8 a 15, dependendo do valor de C/N inicial do substrato.
O aumento do relação C/N observado durante o processo pode resultar do já referido
na evolução da matéria orgânica, mas também pode ser, em parte, atribuído a perdas de
azoto, sob a forma de amoníaco, principalmente durante a primeira semana de compostagem
(2ª amostragem).
Avaliação dos compostos finais
Após 45 dias de degradação activa e 90 dias de maturação obtiveram-se compostos
com odor a húmus, indicativo da presença de actinomicetas, cor castanho escuro, com a
propriedade de aderência à mão, não se distinguindo a presença da lama ou a do algodão
mas identificando-se o serrim e a casca de pinheiro.
No quadro 3 podem observar-se os resultados da avaliação do grau de higienização da
lama e dos respectivos compostos, LS, LC e LAS.
A lama à saída da prensa apresentava uma elevada carga em microrganismos
patogénicos, embora não fosse detectada a Salmonela sp e o NMP de Escherichia coli
estivesse a um nível inferior ao permitido pela legislação de referência (98/488/CE). A
observação do quadro permite constatar que os compostos se encontram higienizados face
aos microrganismos pesquisados. A permanência da lama em saco conduziu a uma redução
significativa do teor em Coliformes fecais e E. coli.
17
Quadro 3 – Resultados das análises microbiológicas da lama à saída da prensa, após
permanência em saco, 1 mês e dos compostos LS, LCP e LAS, após 45 dias de degradação
activa.
Lama
Lama ensacada
T1 (LC 1:1)
T2 (LC 2:1)
T3 (LS 1:1)
T4 (LS 2:1)
T5 (LAS 3:0,5:0,5)
T6 (LAS 3:0,2:0,4)
Decisão 98/488/CE
Coliformes fecais
Escherichia coli
(NMP/g)*
>1000
23
43
23
23
23
23
23
(NMP/g)*
180
<3
<3
<3
<3
<3
<3
<3
<1000
Salmonella sp
neg.
neg.
neg.
neg.
neg.
neg.
neg.
neg.
Ausente/25g
* - NMP/g - número mais provável por grama.
A apreciação da caracterização física e química aos compostos (Quadro 4) permite
observar que, à excepção do composto T3 (LS 1:1), o pH dos compostos é adequado e não é
limitante do crescimento das plantas. A generalidade dos compostos tem um apreciável teor
em matéria orgânica e apresentam interesse fertilizante como veículo de azoto, fósforo e
cálcio, em especial as modalidades LAS, permitindo a redução da aplicação destes
nutrientes através dos adubos de síntese.
Á excepção do T3 (LS 1:1) e do T6 (LAS 3:0,2:0,4), que apresentam uma taxa de
humificação média, a generalidade dos compostos têm baixo grau de maturação, face à
baixa taxa de humificação apresentada. O superior grau de maturação do composto T3 (LS
1:1) é confirmado pela maior redução da relação C/N obtida por este tratamento,
comparativamente aos restantes. A relação C/N é um parâmetro tradicionalmente aceite
como indicador do grau de decomposição dos materiais orgânicos, admitindo-se que
relações inferiores a 20 indicam uma maturação aceitável (Morel et al., 1985). Porém, esta
relação não pode ser considerada um indicador absoluto do estado de maturação, e terá de
ser interpretada sempre de acordo com as características iniciais dos materiais orgânicos.
Quadro 4 - Caracterização analítica dos compostos após 135 dias de compostagem.
18
Parâmetros
T1
T2
T3
Unidades
(LC 1:1) (LC 3:1) (LS1:1)
pH
5,8
5,5
-1
Humidade
g kg
516,1
500,0
Carbono orgânico 1
g kg-1
709,4
652,8
Carbono ácidos
g kg-1
1,5
1,2
húmicos 1
Carbono ácidos
g kg-1
3,2
4,9
fúlvicos 1
Taxa humificação1
%
1,1
1,6
Matéria Orgânica 1
g kg-1
411,5
378,6
Azoto total (N) 1
g kg-1
2,5
2,0
Azoto amoniacal
mg kg-1
64,1
44,0
(N-NH4+) 1
Relação C/N
24
18
Fósforo (P) 1
g kg-1
2,2
9,3
Potássio (K) 1
g kg-1
2,5
4,6
1
Cálcio(Ca)
g kg-1
4,5
8,2
1
-1
Magnésio (Mg)
g kg
1,3
2,4
g kg-1
0,8
1,6
Sódio (Na) 1
Condutividade
mS/cm
0,500
0,918
eléctrica 1
1
- valores expressos na matéria seca a 105 ºC
T4
(LS 2:1)
T5
T6
(LAS
(LAS
3:0,5:0,5) 3:0,2:0,4)
6,5
6,1
428,6
392,9
650,7
508,3
4,8
291,7
598,1
5,5
461,5
610,8
13,3
2,1
3,2
1,5
16,1
7,5
5,8
10,3
8,5
346,9
22,9
2,7
354,3
3,7
2,4
377,5
5,6
4,0
294,8
2,6
578,9
319,4
122,5
260,2
23
4,5
2,7
5,2
1,1
1,0
24
4,4
3,5
4,5
2,0
1,1
11
11,4
8,6
13,4
3,9
2,3
10
7,1
11,3
19,8
8,2
2,1
0,869
0,763
1,115
1,394
Quanto ao teor em metais pesados (Quadro 5), constata-se que a generalidade dos
compostos apresenta um teor manifestamente inferior aos valores limite impostos pela
legislação actualmente em vigor, para a aplicação de resíduos orgânicos ao solo (portaria
176/96). De acordo com a proposta de norma portuguesa para apreciação da qualidade de
compostos orgânicos de Souteiro & Baptista (2001), o zinco e o cobre apresentam-se como
factores limitantes à atribuição do rótulo classe II aos compostos T3 (LS 1:1), T2 (LCP 3:1)
e T5 (LAS 3:0,5:0,5).
Quadro 5 – Teor em metais pesados dos compostos após 135 dias de compostagem
Parâmetros
Portaria
176/96
Ref2
T1
T2
T3
T4
T5
(LAS
(LC 1:1) (LC 3:1) (LS1:1) (LS 2:1)
3:0,5:0,5)
19
T6
(LAS
3:0,2:0,4)
LD 3
Cobre (Cu) 1
1000
200
59
218
177
110
270
166
1
Zinco (Zn)
2500
500
164
416
621
285
456
405
Cádmio (Cd) 1
20
1,5
<LD <LD <LD <LD
<LD
<LD
0,028
1
Chumbo (Pb)
750
150
<LD <LD <LD <LD
<LD
<LD
0,45
Crómio (Cr) 1
1000
150
<LD
22
<LD <LD
32
20
0,078
Níquel (Ni) 1
300
100
<LD
46
<LD
28
54
36
0,14
1
-1
2
-valores expressos em mg.Kg de matéria seca a 105ºC; - Valores de referência, para compostos
classe II de acordo com a Proposta de Regulamentação sobre a qualidade do composto para
utilização na agricultura (Souteiro & Baptista, 2001); 3 -limite de detecção do espectrofotómetro de
absorção atómica, de chama.
CONCLUSÕES
A co-compostagem de lamas têxteis com casca de pinheiro, serrim e fibra de algodão
permite obter compostos orgânicos de acrescido valor agronómico como correctivos
orgânicos do solo. Apesar do baixo grau de humificação obtido para a generalidade dos
compostos, eles constituem uma fonte de matéria orgânica estável para os solos.
Da análise dos resultados químicos, tendo em atenção o teor de metais pesados, e pelas
temperaturas alcançadas, o tratamento que apresentou os melhores resultados foi o T6
(Lama+Algodão+Serrim nas proporções 3/0,2/0,4).
A toxicidade associada à presença de fenóis e taninos, como resultado da utilização de
casca de pinheiro e de serrim frescos e não sujeitos a um prévio processo de
envelhecimento, poderá ter sido a causa mais próxima do insucesso da compostagem nas
modalidades LS e LC.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Professor Antunes Pereira (Universidade Aveiro), ao Engº
Henrique Ribeiro (Instituto Superior de Agronomia), à Associação Municípios do Vale do
Ave (AMAVE) , ao Eng.º Cláudio Costa (TRATAVE), ao Sr Hernani Teixeira, ao pessoal
auxiliar de campo da ERCA (DRAEDM) e aos técnicos do Laboratório Regional da
DRAEDM: Ana Maria Carquejo, António Augusto Ferreira e Guiomar Alemão, toda a
colaboração prestada na execução do trabalho. Este trabalho foi financiado pelo programa
AGRO, medida 8, acção 8.1.
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