Insper Instituto de Ensino e Pesquisa Certificate in Business Administration CBA. Luís Henrique Peres Monteiro COMPOSTAGEM POR AERAÇÃO FORÇADA

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1 Insper Instituto de Ensino e Pesquisa Certificate in Business Administration CBA Luís Henrique Peres Monteiro COMPOSTAGEM POR AERAÇÃO FORÇADA São Paulo 2012

2 Luís Henrique Peres Monteiro Compostagem por aeração forçada Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de CBA, como requisito parcial para obtenção do Grau de Especialista em Gestão de Negócios do Insper Instituto de Ensino e Pesquisa. Orientador: Prof. George Ohanian Insper Instituto de Ensino e Pesquisa São Paulo 2012

3 Resumo MONTEIRO, Luís Henrique Peres. Empresa: Fictícia. São Paulo, p. TCC Certificate in Business Administration. CBA Insper Instituto de Ensino e Pesquisa. Estudo de viabiliade econômica financeira de empresa no setor de compostagem. Trabalho detalha todo o processo físico e químico do negócio alem de abordar Palavras-chave: compostagem, aeração forçada, fertilizante, composto orgânico.

4 Sumário 1 Introdução Engenharia do Negócio Alterações da matéria prima Principais transformações Principais fatores que influem na compostagem Dimensões e formatos das leiras e montes Beneficiamento do Composto Métodos rápidos para acompanhamento da maturação do composto Qualidades do composto Processo de compostagem por aeração forçada Conceitos sobre a compostagem por aeração forçada Fluxograma do negócio Dimensionamento Infra estrutura e equipamentos Quantificação das variáveis envolvidas no processo de produção Análise de Mercado Empresas atuantes no mercado Principais compradores de composto Comercialização do composto orgânico Pesquisa de Mercado Viabilidade Econômica Itens do fluxo de Caixa Investimentos Custos Operacionais Energia Elétrica Água Mão de Obra Depreciação Manutenção Frete Combustível Esterco Aluguel Retroescavadeira Sacos Plásticos Impostos Capital de giro Composto Orgânico Fluxo de Caixa Valor presente líquido Taxa interna de retorno Ressalvas Conclusão Referências

5 1 1 Introdução Define-se a compostagem como sendo um processo controlado de decomposição microbiana de oxidação e oxigenação de uma massa heterogênea de matéria orgânica no estado sólido e úmido, passando pelas seguintes fases: uma inicial e rápida de fitotoxicidade ou de composto cru ou imaturo, seguida da fase de semicura ou bioestabilização, para atingir finalmente a terceira fase, a cura, maturação ou mais tecnicamente, a humificação, acompanhada da mineralização de determinados componentes da matéria orgânica, quando se pode dar por encerrada a compostagem. Durante todo o processo ocorre produção de calor e desprendimento, principalmente, de gás carbônico e vapor d água (Kiehl, 1998). Quanto mais diversificados os materiais com os quais o composto é feito, maior será a variedade de nutrientes que poderá suprir. Os nutrientes do composto, ao contrário do que ocorre com os adubos sintéticos, são liberados lentamente, realizando a tão desejada "adubação de disponibilidade controlada". Em outras, palavras, fornecer composto às plantas é permitir que elas retirem os nutrientes de que precisam de acordo com as suas necessidades ao longo de um tempo maior do que teriam para aproveitar um adubo sintético e altamente solúvel, que é arrastado pelas águas das chuvas. Outra importante contribuição do composto é que ele melhora as características físicas, químicas e biológicas do solo melhorando a aeração e a retenção e drenagem da água. Além disso, a presença de matéria orgânica no solo aumenta o número de minhocas, insetos e micro-organismos desejáveis, o que reduz a incidência de doenças de plantas Dito de maneira científica, o composto é o resultado da degradação biológica da matéria orgânica, em presença de oxigênio do ar, sob condições controladas pelo homem. Os produtos do processo de decomposição são: gás carbônico, calor, água e a matéria orgânica compostada. A oportunidade desse negócio deve-se a alguns fatores que foram determinantes no projeto. A expectativa do negócio será realizar algumas parcerias entre produtor e prefeitura de algum município perto da cidade de São Paulo, aonde a empresa após ganhar uma licitação (concurso público) seria responsável por podar as árvores em locais públicos da cidade, tais como grama de jardins públicos e recolher resíduos vegetais da cidade. Essa parceria viabilizaria o sistema de compostagem realizado pelo empreendedor, tendo em vista que o

6 2 material vegetal seria transportada até uma propriedade já existente em São Paulo. Deve-se lembrar que a atividade de corte e poda de árvores não entrará em nosso plano, estamos considerando apenas que o empreendedor irá receber o material vegetal sem nenhum custo, pois já estaria recebendo uma verba para realizar tal atividade. Outro fator estaria relacionado ao fato do produtor em sua grande maioria já possuir estabelecimento adequado para a realização dessa atividade.. Além disso, o processo de compostagem necessita de uma considerável quantidade de água para ser realizado. O programa de educação ambiental do município deverá atuar nas escolas, igrejas, residências, ONGs, associações comunitárias, através de atividades lúdicas e artísticas de sensibilização. O interessante é poder escolher líderes da comunidade em cada local, fazendo com que cada representante seja responsável por uma área de atuação. As atividades processuais devem ser combinadas com eventos que dão publicidade e amplia os resultados das ações, como a utilização de datas festivas, semana do meio ambiente etc. Também os materiais educativos devem ser apropriados a cada situação específica e serem de fácil leitura, utilizando-se sempre que possíveis recursos visuais. As estratégias de mobilização são variadas, podem-se citar: campanhas de sensibilização, com apoio da mídia (jornal local, televisão, rádio) e com apoio de material de divulgação (folhetos, cartazes); diversos tipos de oficinas; visitas a unidades de tratamento de resíduos, reuniões educativas comunitárias e uso de atividades lúdicas, artísticas e festivas. 2. Engenharia do negócio 2.1 Alterações da matéria-prima ao ser decomposta Os resíduos orgânicos são geralmente utilizados na agricultura como fertilizante orgânico. Há, porém, uma diferença entre resíduo orgânico e fertilizante orgânico. Os resíduos orgânicos vegetais e animais constituem excelentes fontes de matéria-prima para ser transformada em fertilizante orgânico humificado, mas ainda não podem ser considerados adubos orgânicos. Os termos fertilizante e adubo são sinônimos, podendo ser usados indistintamente. No texto da legislação brasileira foi adotado somente o termo fertilizante. O lixo domiciliar, por exemplo, coletado e levado para a usina de reciclagem e compostagem, é matéria-prima ou matéria orgânica crua, mas não é fertilizante orgânico. Na usina, um processo de separação remove do lixo três classes de componentes: a) por catação manual, os

7 3 componentes não orgânicos, os chamados recicláveis que vão ser comercializados (papel, papelão, vidro, plásticos, metais, etc); b) separam-se, por peneiramento, os refugos rejeitados pela peneira, componentes sem valor comercial que vão para o aterro municipal; c) restos orgânicos que atravessaram a peneira e que são levados para pátio de compostagem, onde sofrerão decomposição microbiana transformando-se no fertilizante orgânico denominado composto, com características e propriedades inteiramente diferentes do material que lhe deu origem. No pátio de compostagem os resíduos orgânicos sofrem o processo de cura ou maturação, que se dá em três fases, sendo a primeira fase a fitotóxica. O primeiro sintoma que identifica esta fase no inicio da decomposição da matéria orgânica contida em uma leira de compostagem é o desprendimento de calor, de vapor d'água e CO². Os materiais orgânicos crus possuem reação ácida, pois a seiva das plantas e demais partes dos vegetais apresentam reação ácida. As dejeções sólidas e líquidas dos animais e humanas também são de reação ácida; além disso, no início da decomposição biológica da matéria orgânica, como já citado, desenvolvem-se traços de diversos ácidos minerais e em maior quantidade ácidos orgânicos, principalmente ácido acético, toxinas danosas às plantas, componentes que dão ao material propriedades de fitotoxicidade. O ácido acético acumulado no início da decomposição da matéria orgânica é um fator inibidor da germinação das sementes e do crescimento das raízes. Outros ácidos orgânicos, como o ácido fórmico, propiônico, butírico, capróico e cáprico, também podem concorrer para a fitotoxicidade nessa fase inicial. Testes biológicos com agrião mostraram que a partir de uma concentração de 300 ppm de ácido acético, a germinação das sementes já é afetada, e que com ppm deixa de ocorrer à germinação. A remoção dos compostos fitotóxicos teoricamente pode ser conseguida pela lavagem do composto. A aeração mais intensa da leira não aumenta a oxidação dos ácidos orgânicos, nem elimina a fitotoxicidade. O efeito causado nas plantas pela fitotoxicidade do composto cru não deve ser confundido com a clorose, (amarelecimento e até necrose das folhas). Esta é causada pela falta de nitrogênio no solo devido à intensa imobilização desse elemento pelos microrganismos, ao decomporem a matéria orgânica contendo alta relação C/N. O composto imaturo empregado como adubo pode interferir na germinação das sementes ou pela toxicidade por excesso de amônia, se o material contiver mais nitrogênio do que os microrganismos necessitam para decompor o resíduo. Esse problema é intensificado se houver excesso de égua a ponto de desenvolver anaerobiose, isto é, deficiência de oxigênio. É

8 4 o caso do lodo de esgoto na estação de tratamento, onde, apesar do arejamento forçado que a lama recebe, há acúmulo de amônia por falta de oxigênio suficiente para a nitrificação do excesso de nitrogênio amoniacal. Se um composto imaturo for ensacado, haverá desenvolvimento de álcool, metano, ácido acético e toxinas, além de ocorrer proliferação de microrganismos patogênicos, favorecidos pelas condições de anaerobiose e pela presença de carbono orgânico. A segunda fase é a semicura. Passados os primeiros 10 a 20 dias correspondentes à primeira fase, quando a decomposição pouco progride, o material entra no estádio da semicura ou, mais tecnicamente, no estádio de bioestabilização. Ao completar esta fase o composto deixa de ser danoso às plantas, porém, ainda não apresenta as características e propriedades ideais. E por último temos a fase da maturação. Tecnicamente conhecida como humificação, esta fase é o estádio final da degradação da matéria orgânica, quando o composto propriamente dito adquire as desejáveis propriedades físicas, químicas, fisico-químicas e biológicas. Maturidade não deve ser confundida com qualidade do composto, pois um composto pode estar maturado, humificado e ser de baixa qualidade. 2.2 Principais transformações Com relação a temperatura, o primeiro sintoma que se nota, indicando que a com postagem se iniciou, é a elevação da temperatura do substrato. Logo após a montagem da leira, a temperatura pode ser menor do que a do ambiente, devido ao resfriamento provocado pela evaporação da água presente na decomposição da massa, essa fase é denominada criófila (crio= frio). Nos dias subseqüentes a decomposição do composto começa a gerar calor e a temperatura começa a subir nessa ascensão tem-se inicialmente a fase mesófila seguida de outra mais quente denominada termófila. O desenvolvimento da temperatura na leira de composto está relacionado com vários fatores responsáveis pela geração de calor, como microrganismos, umidade, aeração, granulometria da matéria-prima, etc. A temperatura é considerada uma consequência desses fatores acima apontados e não suas causas. Montada a leira a massa em decomposição se aquece entrando na fase mesófila. Se as condições apresentadas pela leira forem favoráveis, a temperatura vai se elevar com o passar dos dias e entrar na fase termófila, mantendo-se então constante por período variável. Prosseguindo a decomposição,se não faltar umidade nem oxigênio, a temperatura vai baixar e o composto entrar na fase mesófila novamente.

9 5 Temperaturas prolongadas de 70 C a 75 C reduzem a atividade benéfica dos microrganismos e aumentam a possibilidade de perda de nitrogênio por volatilização da amônia. Isto ocorre com mais frequência quando a matéria-prima possui reação alcalina e baixa relação C/N, caso típico da compostagem de esterco de galinha que tem C/N abaixo de 10/1. A temperatura da leira também não deve ultrapassar 70ºC pois, neste caso, componentes albuminoides da matéria orgânica serão coagulados, deixando de ser solúveis em água. Um exemplo de material albuminoide é a clara de ovo, a qual dissolvida em água e depois aquecida a 70 C coagula, tomando coloração branca e separando-se da água. Outros materiais voláteis também se perderiam pelo calor excessivo. Para corrigir temperaturas elevadas podese irrigar a leira ou rebaixar sua altura para favorecer a perda de calor por dissipação. A temperatura ótima encontra-se entre 40 e 60 C, tendo como média ideal 55 C. A ausência de calor na leira pode ser atribuída a dois fatores: falta de microrganismos suficientes para inocular a massa e excesso ou falta de água. No primeiro caso remedeia-se juntando à leira materiais ricos em nitrogênio, como resíduos de matadouro, estercos animais, tortas vegetais, e outros resíduos que entrem em decomposição fácil e prontamente. No caso de falta de água, é necessário revolver a leira e irrigá-la durante o revolvimento. Leira com excesso de água, encharcada, mesmo tendo microrganismos suficientes, o calor não se desenvolve pelo fato de a água ter poder calorífico elevado. Explicando melhor: o calor desenvolvido pelos microrganismos é suficiente para aquecer a massa orgânica e o ar contido nos poros, mas não para aquecer a água de um composto encharcado. Quanto ao índice de ph, a reação da matéria orgânica quer vegetal ou animal, é geralmente ácida, índice ph baixo. O suco celular dos vegetais, o sangue, as fezes, a urina dos animais, são de natureza ácida. Assim sendo, uma leira de matéria orgânica posta para ser decomposta tem inicialmente reação ácida. lniciando a decomposição, como foi explicado, ocorre uma fase fitotóxica, pela formação de ácidos orgânicos que tornam o meio mais ácido do que o da própria matéria-prima original. Entretanto, esses ácidos orgânicos e os traços de ácidos minerais que se formam, reagem com bases liberadas da matéria orgânica, gerando compostos de reação alcalina. Com a compostagem há formação de ácidos húmicos que também reagem com os elementos químicos básicos, formando humatos alcalinos. Como conseqüência, o ph do composto se eleva à medida que o processo se desenvolve, passando pelo ph 7,0 (neutro) e alcançando PH Superior a 8,0 (básico). Cerca de 98% do nitrogênio da matéria orgânica estão na forma orgânica. Pela compostagem o nitrogênio orgânico transforma-se em nitrogênio amídico e depois em nitrogênio amoniacal,

10 6 dando à massa em decomposição um ph mais elevado ainda, pela reação alcalina, característica da amônia (NH²). Nitrossomonas e nitrobactérias transformam esse nitrogênio amoniacal em nitrato (NO²), que é o produto final da degradação do nitrogênio orgânico. Anote-se que no final da compostagem todo o nitrogênio orgânico deverá estar mineralizado na forma de nitrato. Daí o dizer do agricultor da velha Europa que a matéria orgânica era amontoada para fazer uma "nitreira" e não uma composteira, como se diz presentemente. Durante os primeiros 10 a 15 dias (fase fitotóxica, de atraso), além de a decomposição da matéria orgânica ser lenta, e o ph ácido; após esse prazo o ph se eleva enquanto contiver nitrogênio amoniacal, alcalino, baixando um pouco em seguida, quando este passar para a forma de nitrato. Com relação a matéria orgânica, este componente durante a compostagem sofre o processo de mineralização, diminuindo sua quantidade à medida que a degradação ocorre. À primeira vista parece paradoxal recomendar-se a compostagem se esta reduz o teor inicial de matéria orgânica, ou seja, quanto mais tempo durar a compostagem, menos matéria orgânica se terá na leira. Acontece que as raízes das plantas se alimentam de nutrientes minerais solúveis e não de matéria orgânica. Portanto, no final da compostagem têm-se nutrientes minerais e húmus. Componente este imprescindível para melhorar as propriedades físicas do solo e para servir de condicionador dos nutrientes presentes no composto e no solo. A mistura e/ou a combinação dos sais minerais nutritivos com o húmus forma no solo um verdadeiro fertilizante organomineral, com as excelentes vantagens descritas em KIEHL (1993). No fertilizante orgânico humificado, nem toda a matéria orgânica são húmus, apesar de que todo húmus é matéria orgânica. O laboratório de análise pode dar os resultados desdobrando a componente matéria orgânica em três constituintes: matéria orgânica compostável, matéria orgânica resistente à compostagem e matéria orgânica total. Matéria orgânica compostável é aquela de fácil decomposição na leira, constituída de restos vegetais e animais de rápida degradação. A matéria orgânica resistente à compostagem é caracterizada pela lignina, ceras, resinas, graxas, óleos dos vegetais, quitina dos artrópodes e outras substâncias resistentes de animais terrestres; no caso de lixo domiciliar, são exemplos borracha, plásticos, couro, madeira, enfim, materiais orgânicos que não se decompõem no curto período de uma compostagem; finalmente, matéria orgânica total vem a ser a soma dos dois componentes anteriores, matéria orgânica compostável e resistente à compostagem. Os resíduos orgânicos sólidos a serem compostados devem ter no início do processo um mínimo de 40% de matéria

11 7 orgânica compostável expressa em matéria seca, para se ter certeza de que haverá bom desprendimento de calor na leira e que o produto final terá quantidade razoável de húmus. De posse do resultado da matéria orgânica total, pode-se, de acordo com a legislação brasileira, calcular o teor de carbono total, dividindo-se o teor de matéria orgânica total pelo fator 1,8. Rápidas alterações da matéria-prima ocorrem nos primeiros 40 a 60 dias de compostagem. Em relação ao teor inicial, cerca de 50% da matéria orgânica são metabolizados e convertidos, principalmente, em gás carbônico e vapor d'água. Na compostagem a matéria orgânica é decomposta pelos microrganismos sendo gerados dois importantes constituintes: o húmus e os sais minerais nutrientes das plantas. Os laboratórios de análise de fertilizantes orgânicos que fazem a determinação da matéria orgânica total por combustão já estão ao mesmo tempo determinando também o teor de cinza total ou resíduo mineral total, material que resta no cadinho onde a amostra foi incinerada. A componente cinza total pode ser desdobrada em três outros; dissolvendo a parte solúvel com ácido clorídrico 1:1 e filtrando em papel de filtro, tem-se o resíduo mineral solúvel, ou os sais minerais solúveis, disponíveis para as raízes; a parte retida no papel de filtro é a cinza insolúvel, ou resídua mineral insolúvel, constituída de terra, areia e partículas inorgânicas insolúveis. A soma destes dois últimos constituintes é a cinza total ou resídua mineral total. Se forem feitas analises químicas em laboratório acompanhando o processo de compostagem, verifica-se que o teor de cinza solúvel aumenta com o tempo. Graças à mineralização da matéria orgânica. Teores elevados de resíduo mineral insolúvel depreciam o composto comercialmente. Como componentes da fração mineral encontram-se os nutrientes fósforos, potássio, cálcio, magnésio, enxofre e os micronutrientes zincos, cobre, manganês, ferro, boro e molibdênio. Os resíduos orgânicos de origem vegetal têm em geral maior proporção de nitrogênio do que de fósforo ou potássio, possuem em média 1 a 4%, sendo as sementes e suas tortas os materiais mais ricos em nitrogênio. O teor de nitrogênio é duas a quatro vezes maior que os de fósforo ou potássio. Dos três nutrientes N-P-K, o nitrogênio é o que apresenta conteúdo mais variável e o mais difícil de ser armazenado no solo. Os resíduos animais, ricos em proteínas, possuem elevados teores de nitrogênio. Para se calcular a quantidade de nitrogênio contida em uma proteína animal, divide-se a porcentagem de proteína encontrada, pelo fator 6,25. Assim, por exemplo, um resíduo animal contendo 80% de proteína contém 12,8% de nitrogênio.

12 8 Comparando-se o teor nitrogênio total encontrado em um substrato a ser compostado com o conteúdo no final do processo, verifica-se que o valor é sempre maior no final. Esse aumento é relativo, e deve-se ao fato de que outros componentes se perderam por volatilização enquanto o nitrogênio se manteve. Há bactérias presentes no composto, principalmente na fase final do processo, que podem fixar nitrogênio do ar atmosférico, mas a quantidade acrescida tem sido considerada irrelevante. Quanto a relação carbono/nitrogênio, quando se prepara composto de maneira artesanal, montando a leira com diferentes materiais disponíveis, é possível misturá-los de maneira a melhorar a relação C/N. Quando se trabalha com lixo domiciliar, lodo de esgoto e resíduos industriais, essa possibilidade fica geralmente descartada. Sabendo-se que a relação C/N inicial deve estar entre 25/1 e 35/1 e, conhecendo-se as relações dos materiais a serem empregados é recomendável utilizar resíduos que corrijam relações mais elevadas. Assim, para compostagem de cascas de pinus, por exemplo, tem sido empregado o fertilizante uréia para baixar a alta relação C/N dessa matéria-prima. Esta recomendação pode ser aplicada para outros materiais desde que economicamente viável. Resíduos animais também são ótimos materiais empregados para reduzir altas relações C/N. Os microrganismos absorvem o carbono e o nitrogênio sempre na relação C/N de 30 para 1, quer a matéria-prima a ser compostada tenha relação 80/1 ou 8/1. Com a própria compostagem a relação C/N será corrigida, de maneira que, quando o composto estiver humificado, a relação C/N será em torno de 10/1. Se a relação inicial for elevada, por exemplo 60 ou 80/1, o tempo de compostagem será maior, pois faltará nitrogênio para os microrganismos; esse elemento será reciclado entre as células microbianas até a degradação total da matéria orgânica, enquanto o excesso de carbono é eliminado na forma de gás carbônico. Ao contrário, se a relação C/N for baixa, 6/1 por exemplo os microrganismos eliminarão o excesso de nitrogênio na forma de amônia, até atingir a relação 30/1; daí para diante o processo será como se inicialmente a relação fosse a ideal, 30/1, baixando até 10/1 no final da compostagem. O acompanhamento da relação C/N, durante a compostagem permite conhecer portanto, o andamento do processo, indicando quando o composto atingiu a semicura ou bioestabilização (relação C/N em torno de 18/1) e depois transformou-se no produto acabado ou humidificado (relação C/N em torno de 10/1). Um produtor de fertilizante orgânico pode adulterar seu composto pela adição de ureia ou outro fertilizante mineral nitrogenado, fazendo baixar relação C/N e dar a impressão de que o composto está curado.

13 9 Contudo há outras maneiras de se saber com segurança se uma amostra de composto está realmente curado, sendo uma delas a determinação da capacidade de troca de cátions. Em resumo, a interpretação que se pode dar para a matéria-prima a ser compostada, quanto à relação C/N e ao tempo de maturação é a seguinte: - Relação C/N acima de 50/1: indica deficiência de nitrogênio, sendo o tempo de maturação mais prolongado, - Relação C/N entre 30/1 e 50/1: permite uma decomposição um pouco mais rápida que a anterior, - Relação C/N muito abaixo de 10/1: pode haver perda de nitrogênio por volatilizacão na forma de amônia, se o resíduo não receber materiais ricos em carbono para ajustar a relação até a considerada ótima e reduzir o tempo de maturação. - Relação C/N entre 25/1 e 35/1: é considerada ótima. A incorporação ao solo de resíduos orgânicos crus, com relações C/N muito baixas ou muito altas, pode causar problemas à cultura. Se a relação for baixa, como acontece com determinados resíduos animais (ou lodo ativado rico em nitrogênio), haverá desprendimento de amônia, danosa às plantas. Ao contrário, se a relação for alta, como nos materiais essencialmente palhosos, ricos em celulose, haverá consumo de nitrogênio do solo pelos microrganismos, causando deficiência temporária às plantas, reconhecida pelo amarelecimento das folhas (clorose) ou até, se a dose de resíduo for elevada, levando à morte das mesmas. O composto ainda imaturo, em fase de semicura se aplicado e bem incorporado em terra úmida, dentro de 15 a 20 dias terá sua fitotoxicidade reduzida. 2.3 Principais fatores que influenciam na compostagem É importante que um acompanhamento da compostagem seja feito com determinações de parâmetros com a ajuda do maior número de equipamentos disponíveis. Serão citados a seguir apenas alguns dos principais fatores, sendo que outros mais serão abordados no discorrer do texto. Os microrganismos bactérias, fungos e actinomicetes são os principais responsáveis pela transformação da matéria orgânica crua em húmus. Participam também da degradação da matéria orgânica outros organismos como algas, protozoários, nematóides, vermes, insetos e suas larvas. Contribuem para a degradação da matéria orgânica agentes bioquímicos tais como

14 10 enzimas, hormônios e vírus. A natureza da comunidade microbiana, o número, as espécies e a intensidade da atividade da decomposição dependem das condições favoráveis reinantes. Os microrganismos são considerados plantas inferiores não clorofiladas. Necessitam para sua alimentação, como suas irmãs plantas superiores, de macronutrientes ou nutrientes assimilados em maior quantidade e de micronutrientes, aqueles absorvidos em menor proporção. Os macronutrientes carbono e nitrogênio são consumidos em maior quantidade. O carbono, fonte de energia, é oxidado na forma de CO² ou entra na composição de óleos, graxas e carboidratos; o nitrogênio, é o principal componente das proteínas a serem elaboradas. Amostras de matérias-primas a serem compostadas devem primeiramente ser levadas para um laboratório de análises para se conhecerem o teores de nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio e magnésio, que irão garantir a alimentação dos microrganismos. Deve também conter material energético, o que se fica sabendo pelas determinações de matéria orgânica total, resistente à compostagem e compostável. É que nem toda matéria orgânica da matéria-prima ê biodegradável no reduzido espaço de tempo de uma compostagem. No início da decomposição, na fase mesófila (40 a 50ºC) predominam as bactérias e fungos produtores de ácidos orgânicos e de pequenas quantidades de ácidos minerais. Os actinomicetes geralmente só agem na decomposição da matéria orgânica em um estádio mais avançado, no pátio de compostagem. Quando o lixo, o lodo de esgoto e o esterco misturado com restos vegetais são dispostos em leiras para se decomporem, os microrganismos indígenas neles existentes passam por uma fase de adaptação e proliferação, para então atingir a máxima atividade. Nesse período há formação de ácidos orgânicos que aumentam a acidez, são desenvolvidas toxinas (apenas na primeira fase e logo desativadas) fazendo com que esse material se apresente fitotóxico, se aplicado ao solo como adubo junto com sementes ou mudas. A fitotoxicidade também pode ser devido à alta relação C/N ou elevada concentração de amônia, como acontece com o lodo ativado que, por ter sido trabalhado submerso em água, o nitrogênio orgânico pela ação de microrganismos especiais passou para a forma amoniacal o qual deveria em seguida, pela ação de nitrobactérias transformar-se em nitrato, não o faz pela falta de oxigênio no meio em que se encontra, submerso. Como resultado o lodo ativado produzido pelas estações de tratamento geralmente contem certa proporção de amoníaco que dele se desprenderá com o tempo.

15 11 Para favorecer a decomposição de materiais orgânicos tem sido lançado no comércio produtos starters, aceleradores ou material de arranque, cuja finalidade é minimizar o período inicial de atraso. Os aceleradores são juntados ao material a ser decomposto na forma de inoculante, (pequenas quantidades de culturas de laboratório em relação à enorme massa contida em uma leira), podendo ainda conter enzimas, hormônios, bioestabilizadores, etc. Essa técnica é possível, em determinadas condições, para materiais mais nobres e que foram previamente esterilizados e pelo processo de inoculação denominado "pé-de-cuba". O processo "pé-decuba" consiste em se esterilizar um determinado volume de material a ser fermentado (anaerobiamente) ou decomposto (aerobiamente) inoculando-o com cultura pura. Assim, por exemplo, obtida a decomposição de uma pequena porção, esteriliza-se um volume dez vezes maior que o inicial e se o inocula juntando a ele o volume menor, inicial. Procedendo mais vezes essa operação, sempre aumentando o volume da massa a ser decomposta em dez vezes, para finalmente juntar o último volume obtido a uma massa de material sem esterilizar. A inoculação através de culturas puras obtidas em laboratório é um assunto muito polêmico e contestado por boa parte dos pesquisadores. A inoculação do lixo, lodo e outros materiais, no processo de compostagem, têm sido feita com sucesso através da chamada "inoculação massal" ou "inoculação em massa", a qual consiste em se juntar a esses materiais cerca de 10 a 20%, em volume, de um composto que esteja na fase de semicura. Esta inoculação teoricamente introduz uma população de diferentes microrganismos, ativando o processo e reduzindo a citada fase de atraso inicial da decomposição. É por essa razão que esta inoculação também é denominada "seedling", semeadura ou referida por outros como "reciclagem do composto", pelo fato de voltar para a fase inicial como inoculante, material já em fase de decomposição. Como geralmente o material reciclado está mais seco que o composto cru, ele pode reduzir o excesso de umidade da leira, evitando a formação de chorume e melhorando as condições de arejamento. Os principais nutrientes encontrados nos resíduos sólidos orgânicos estão na forma orgânica, não sendo diretamente assimiláveis pelas raízes. As complexas moléculas orgânicas para se tornarem nutrientes de plantas, necessitam ser desdobradas em constituintes mais simples (por exemplo, de proteína para aminoácidos e destes para amônia) para então ser assimilados. Essa decomposição é realizada pelos microrganismos através de reações enzimáticas. Os microrganismos sintetizam enzimas que atacam e decompõem o constituinte orgânico. Devido à complexidade da composição química da matéria orgânica, a decomposição envolve uma

16 12 complexa quantidade de tipos de enzimas. Como consequência, um grande número de microrganismos deve participar do processo biológico da compostagem. Para atacar e digerir a matéria orgânica os microrganismos entram em contato direto com ela, liberam enzimas hidrolíticas, as quais retiram porções da matéria orgânica na forma solúvel e de baixo peso molecular. Essas porções solubilizadas se difundem através da parede celular dos microrganismos, alcançando seu interior. Nessa fase do processo, é necessário que através da interfase gás-líquido existente em volta do material orgânico, o ar atmosférico rico em oxigênio também seja difundido na região liquida, passando em seguida, por difusão, para o interior da célula do microrganismo. Portanto, se nessa etapa do processo faltar oxigênio, a porção solubilizada da matéria orgânica já absorvida, não será metabolizada pelo microrganismo; ao contrário, havendo oxigênio, as duas condições estarão satisfeitas, permitindo que se realize o metabolismo, por oxigenação e/ou oxidação da matéria orgânica. Consequentemente, o ar contido no interior da leira deve ser rico em oxigênio e a umidade deve estar no seu teor ótimo, pois se o material estiver encharcado, a difusão do oxigênio através da água para chegar ao microrganismo será dificultada. A difusão através da água chega a ser até 104 vezes menor do que aquela realizada através do ar. A compostagem é um processo biológico de decomposição da matéria orgânica. Assim sendo a presença de água é imprescindível para as necessidades fisiológicas dos organismos os quais não vivem na sua ausência. Se a umidade do substrato a ser compostado estiver abaixo de 40%, a decomposição será aeróbia, mas lenta, predominando a ação dos fungos, pois as bactérias estarão pouco ativas. Se a umidade estiver acima de 60% o material se mostrará molhado ou encharcado e, nesse caso, a água toma o espaço vazio do ar e a decomposição será em parte anaeróbia, podendo produzir maus odores. Portanto a umidade deve estar sempre acima de 40% e abaixo de 60%, sendo o valor ótimo 55%. Saturando-se uma massa orgânica todos os espaços vazios serão tomados pela água, não restando lugar para o ar. Inversamente, secando-se em estufa uma amostra de fertilizante orgânico, todos os espaços vazios serão tomados pelo ar. Como os microrganismos aeróbios necessitam de ar e água, na compostagem é importantíssimo saber dosar esses dois componentes de maneira que estejam em seus valores ótimos. A porosidade total de um substrato pode ser dividida em microporos, que retém água por capilaridade, e macroporos, onde se aloja o ar. À medida que se reduz a granulometria de uma matéria-prima pela compostagem, seus microporos aumentam e, consequentemente, sua capacidade de reter água. Os substratos de granulometria grosseira, ao contrário, possuem mais macroporos, sendo mais

17 13 arejados, fazendo mais facilmente trocas com o ar atmosférico. À medida que a matéria orgânica se humifica, micelas coloidais se formam, elevando a capacidade de retenção de água. Esse efeito pode duplicar a retenção de água, que no início geralmente é de 70 a 80%. A capacidade de retenção de água (CRA), da matéria orgânica, pode ser determinada experimentalmente, sendo um parâmetro previsto na legislação brasileira mas ainda não regulamentado quanto ao método de determinação e à escala de interpretação de seus valores. O excesso de umidade de um material em compostagem pode ser reduzido por meio de revolvimentos frequentes, pela formação de leiras de menor altura e pelo método da aeração forçada. Sabe-se que a quantidade de ar para remover o calor e a umidade é muitas vezes maior que a necessária para suprir a leira com oxigênio para o metabolismo microbiano. A irrigação do composto para reposição de água só deve ser efetuada juntamente com a operação de revolvimento, e com água aplicada na forma de chuveiro fino. Dessa forma, consegue-se distribuir a água de modo uniforme por toda a massa da leira de composto Nunca se deve irrigar a leira sem se estar revolvendo-a. A água aplicada na forma de jato único e sem revolvimento da leira caminhará por canais preferenciais, escorrerá pela base da pilha na forma de chorume e a maior parte do composto continuará tão seco como antes da irrigação. Com a compostagem há perda de água na forma de vapor devido ao calor gerado no interior da leira e à ação do vento, que remove a camada saturada de vapor que se forma em volta da pilha ressecando-a. O calor do sol contribui para o ressecamento da camada externa, de cobertura, da leira, Mas não há dúvida de que em dias de muito vento a leira perde mais água do que em dias ensolarados sem vento. Aumentando o tamanho da leira reduz-se as perdas de água e, diminuindo-o, facilita-se a eliminação de seu excesso. Em conclusão, dois fatores estarão interagindo na compostagem: a umidade e a temperatura. Revolvimentos mais frequentes com a finalidade de reduzir o teor de umidade, principalmente os realizados por máquinas de alto rendimento, podem provocar a queda da temperatura da leira a valores indesejáveis. Leiras com baixa temperatura não devem ser revolvidas até que recuperem o calor perdido. A umidade deve estar em torno de 55% (máxima de 60% e mínima de 40%) e a temperatura acima de 45ºC, sendo a de 55 C considerada ótima A decomposição da matéria orgânica pode ser realizada por dois processos: aeróbio e anaeróbio. O aeróbio é realizado na presença de oxigênio livre e por organismos aeróbios, sendo caracterizado pela alta temperatura desenvolvida no composto, pela ausência de maus odores, pelo menor tempo de degradação da matéria orgânica e pelas reações de oxidação e oxigenação que se dão no processo, conduzindo o substrato a ter no final um índice ph maior

18 14 que 7,0. O processo anaeróbio é realizado principalmente por bactérias que decompõem a matéria orgânica por fermentação, na ausência de oxigênio, sendo caracterizada pela baixa temperatura desenvolvida (a menos que calor externo seja aplicado) pela produção de maus odores, pelas reações de redução química que ocorrem na massa em fermentação, pelo maior tempo de cura em relação ao processo aeróbio e pela tendência do composto se tornar ácido. A aeração é, na prática da compostagem, o fator mais importante a ser considerado no processo de decomposição da matéria orgânica. O lixo e o lodo de esgoto, por exemplo, já têm microrganismos e umidade suficientes para a compostagem, este último no geral até em excesso. Assim, a aeração será sempre deficiente na compostagem de matérias-primas encharcadas, se providências não forem adotadas para reduzir o excesso de umidade. Nas usinas de compostagem acelerada que empregam digestores para movimentar o lixo, a aeração é feita por essa movimentação, acompanhada ou não de ventilação forçada no interior desse equipamento. No pátio de compostagem a aeração é feita por revolvimentos da leira. No caso das leiras estáticas de compostagem, a aeração se faz por insuflação ou aspiração do ar contido nos vazios dessa massa. A prática mostra que, se o ar for simplesmente insuflado pela base, ao atingir a região superior da leira estará mais frio, havendo condensação do vapor d água e formação de uma camada mais fria e com excesso de umidade. Inversamente, se o ar for aspirado pela parte inferior, a camada molhada e fria se formará na base da leira. Por essas razões a aeração forçada deve ser alternada, ora insuflando-se e ora aspirando-se, sendo ligada e desligada intermitentemente para não secar nem esfriar demasiadamente a leira na base ou no topo. Excesso de aeração pode secar demais a leira e dar formação a canais preferências para a passagem do ar, prejudicando a distribuição uniforme por toda a massa. Na compostagem, a ideia de que o processo é inteiramente aeróbio não é verdadeira. Nos processos denominados casa-de-compostagem (composting house) e compostagem em silos ou baias (in-vessel composting), realizados em galpões fechados com insuflação de ar aquecido, consegue-se um revolvimento mais intenso sem perdas relevantes de calor e de umidade pelo fato de o ar confinado do ambiente ficar saturado de umidade e se manter aquecido. A aeração ao mesmo tempo em que introduz ar novo, rico em oxigênio, libera o ar contido na leira, saturado de gás carbônico gerado pela respiração dos organismos. Essa renovação é importante, pois o teor de gás carbônico existente no interior da leira pode chegar a concentrações cem vezes maiores que seu conteúdo normal no ar atmosférico. Faltando

19 15 oxigênio na leira, haverá formação e acúmulo de dióxido de carbono e metano, componentes característicos da fermentação anaeróbia. O consumo de oxigênio pelos microrganismos aeróbios que decompõem a matéria orgânica em uma leira de compostagem depende da temperatura, das dimensões das partículas ou granulometria, da composição da matéria-prima, do teor de umidade e do fornecimento de oxigênio pelos revolvimentos ou pela aeração forçada. O programa de revolvimento das leiras deve ser baseado na concentração de oxigênio, na temperatura e na umidade, considerando-se qual o parâmetro mais deficiente ou apenas dois ou os três conjuntamente. Medições dos teores de oxigênio quando feitas em leiras após minutos ou horas do revolvimento mostram que a quantidade desse gás é muito baixa, indetectável ou mesmo zero. A concentração de oxigênio pode ser alta, cerca de 18% na camada mais externa da leira, na profundidade de até 30 a 40 cm; entre 40 e 70 cm o teor é bem menor, de 5 a 10%, enquanto que na base da pilha é de zero ou 1 a 2%. Para introduzir oxigênio na leira, ou se fazem revolvimentos ou se injeta ar. O revolvimento da leira tem sido o processo mais usual para prover aeração, devendo ficar condicionado a um acompanhamento da temperatura e da umidade. O revolvimento tem por finalidade: a) Remover o excesso de gás carbônico da leira, introduzindo ar atmosférico rico de oxigênio, o qual, como foi visto, infelizmente é consumido rapidamente pelo metabolismo microbiano; b) Homogeneizar a massa em compostagem, para uniformizar a umidade e a comunidade de microrganismos; desfazer torrões formados e triturar componentes frágeis e muito importantes, desfazer as diferentes camadas estratificadas geradas na leira. Lembrar que permanecendo muito tempo sem ser revolvida, a leira gera pelo menos duas principais camadas diferenciadas: uma superior que a reveste, mais seca e menos densa, onde a decomposição aeróbia é mais ativa, por efetuar mais facilmente trocas de gases com a atmosfera; outra, inferior, interna, mais úmida, mais densa, onde a decomposição, por excesso de umidade e baixa porosidade causada pela compressão da camada superior, pode se tornar anaeróbia. Consequentemente o revolvimento ideal e aquele que realiza a inversão dessas duas camadas, o que é possível no caso do revolvimento ser manual como na compostagem artesanal. c) Efetuar o controle sanitário da leira, uma vez que a fina camada de cobertura da leira, a mais externa, na espessura de uns 10 cm, é ressecada, não se aquece, portanto não elimina os organismos patogênicos. Para que isso aconteça, é necessário que essa camada de cobertura, seja incorporada à massa aquecida por ocasião do revolvimento da leira.

20 16 Os microrganismos possuem metabolismo exotérmico, isto é, realizam a decomposição da matéria orgânica gerando calor e elevando a temperatura da leira, graças às propriedades isolantes da massa em compostagem. Há uma diferença entre calor e temperatura. O calor é medido em unidades como caloria ou BTU (British Termal Unit). Enquanto a temperatura é dada em graus Fahrenheit ou Célsius. O calor é uma forma de energia e sua medição é mais difícil enquanto a temperatura se mede com um simples termômetro. Devido à existência de faixas de temperatura consideradas ótimas para os organismos encontrados no composto, foram eles classificados em grupos denominados mesófilos, termófilos e termotolerantes. Considera-se de maneira geral a faixa ótima a que vai de 45 C a 65 C. Há autores que consideram como melhor, a faixa que vai de 50ºC a 60ºC. Temperaturas acima de 65 C tornam o processo menos eficiente, e acima de 70 C, por longo período são desaconselháveis por restringirem a ação dos organismos mais sensíveis insolubilizar proteínas hidrossolúveis, provocar alterações químicas indesejáveis e desprendimento de amônia, se o material possuir baixa relação C/N. As leiras de composto apresentam diferentes temperaturas nas suas diversas regiões. Como regra, recomenda-se medir a temperatura das leiras, sistematicamente, na profundidade de 40 a 60 cm, fazendo-o em diferentes posições e a meia altura da pilha para se ter valores médios representativos. Montada a leira de composto o primeiro indicio de que a decomposição se iniciou é a presença de calor no substrato. Se dentro de dias não se notar elevação da temperatura, no caso do lixo e do lodo de esgoto, provavelmente é devido ao excesso de água na massa, devendo-se coletar amostras e determinar o teor existente para confirmação. Materiais ricos em proteínas, como os resíduos de origem animal, se aquecem mais rapidamente, alcançando de início maior temperatura que os celulósicos. A sequencia dos estádios da temperatura na leira em compostagem é inicialmente partindo de um material na temperatura ambiente, entrar na fase mesófila. Passando para a termófila, voltar para a mesófila. No final da degradação da matéria orgânica, quando a temperatura se iguala com a do ambiente, a fase é criófila (crio = frio). O tempo para atingir essas fases e sua duração varia de acordo com fatores como composição química da matéria-prima a ser tratada, granulometria. Dimensões da leira, teor de umidade reinante e outros mais.

21 17 A relação C/N inicial teoricamente mais favorável para compostagem é de 30/1. Consideramse, na prática, os valores entre 26/1 e 35/1 como os iniciais mais favoráveis para uma mais rápida e eficiente compostagem. O lixo tem relação C/N acima desses valores, todavia não se tem feito a correção desse parâmetro juntando materiais mais ricos em nitrogênio, como restos animais ou fertilizantes nitrogenados. Estas correções são possíveis e recomendadas na compostagem de resíduos orgânicos agroindustriais ou agrícolas. O tempo de compostagem está condicionado, entre outros fatores, à relação C/N. Quanto mais elevada à relação, maior será o tempo necessário para se atingir a humificação da matéria orgânica. Matéria-prima com baixos teores de nitrogênio, 0.5% ou menos, também prolongam o tempo de compostagem. A explicação para esse fato é a seguinte durante a decomposição os microrganismos absorvem carbono e nitrogênio da matéria orgânica sempre na relação 30/1; das 30 partes de carbono assimiladas, 20 partes (2/3) são eliminadas na atmosfera na forma de dióxido de carbono, 10 partes (1/3) do carbono assimilado são imobilizadas (convertidas da forma mineral para a orgânica) e incorporadas no protoplasma do microrganismo, vindo posteriormente constituir o húmus. A granulometria da matéria-prima ou o tamanho das partículas, usando um termo mais técnico, a sua textura, tem grande importância no processo de compostagem, governando o movimento de líquidos e gases na leira. A granulometria pode ser definida como a proporção relativa dos diferentes grupos de tamanho de partículas existentes e separáveis por peneiramento. A legislação brasileira classifica os fertilizantes orgânicos, segundo a granulometria, em farelado grosso, farelado e pó. Na compostagem do lixo uma importante característica física desse resíduo, e que afeta o processo, é o tamanho das partículas quanto menor a partícula, maior é a superfície que pode ser atacada e digerida pelos microrganismos, e mais rápida a decomposição da matéria orgânica. Essa rapidez é função da relação entre a superfície de exposição e a massa da partícula. Partículas minúsculas têm uma área imensa e receberiam um ataque intenso dos microrganismos, se as condições de arejamento forem corretas. Entretanto, teoricamente, partículas diminutas teriam rapidíssima decomposição, mas na prática da compostagem granulometria muito fina traz sérios problemas de aeração, compactação e encharcamento, entre outros.

22 Dimensões e formatos das leiras e montes As leiras podem ter seções triangular ou trapezoidal, podendo ainda ter o formato cônico como uma meda de feno. O formato mais usual é o de seção triangular, sendo a largura comandada pela altura da leira, a qual deve situar-se entre 1,5 a 1,8 m. Quanto mais alta a leira maior a largura da sua base, uma vez que, ao ser depositado para formar a pilha no pátio de compostagem o material se acomoda de maneira que suas faces laterais fiquem com uma inclinação entre 30 e 60 graus em relação à vertical; essa inclinação é em função da granulometria, umidade e forma de dispor o composto. Quando o revolvimento for realizado por máquina especial de revolver leira o formato em corte vertical da pilha é o mais diverso, podendo ser semi-circular ou triangular com a crista plana. Aumentando-se exageradamente a largura da base da leira, a seção que se obtém é a trapezoidal. Na época das chuvas na leira trapezoidal corre-se o risco de se formar bolsões de água acumulada na sua parte plana. É uma forma pouco recomendável para quem não dispõe de máquinas com grande capacidade de revolver leiras. Figura 1 Formatos das leiras e montes O formato em montes isolados tem sido empregado com bons resultados na compostagem em pequena escala ou em experimentos científicos, quando o projeto exige um maior número de parcelas, geralmente um mínimo de 24 leiras ou montes, para os diversos tratamentos a serem pesquisados. Leiras altas, acima do limite recomendado possuem menor aeração natural, maior tendência para compactação das camadas inferiores, e maior produção de chorume quando o material tiver excesso de umidade.