20 o CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

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1 CARACTERÍSTICAS SANITÁRIAS E BIOLÓGICAS DE COMPOSTOS ORGÂNICOS PRODUZIDOS NA PARAÍBA E DETERMINAÇÃO DA PROPORÇÃO IDEAL NO SOLO PARA ESTIMULAR A FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Beatriz Susana Ovruski de Ceballos (1) Dr a. em Microbiologia Ambiental (USP-SP.). Mestre em Microbiologia (EPM-SP). Graduada em Bioquímica (Univ. Nacional de Tucumán- Argentina). Prof a. Adjunta do Departamento de Engenharia Civil (DEC) do Centro de Ciências e Tecnologia (CCT) da Universidade Federal da Paraíba (UFPb). Vice-coordenadora da Área de Saneamento Ambiental (AESA). Chefe do Laboratório de Saneamento AESA/DEC/CCT/UFPb. Coordenadora dos Cursos de Pós-graduação em Engenharia Civil (DEC/CCT/UFPB). Mabel Calina de França Paz Mestre em Manejo de Solo e Água/Dep. em Engenharia Rural - UFPb - Campus III. Graduada em Ciências Biológicas - Faculdade de Farmácias e Biologia - UEPb. Professora Substituta do Departamento de Agronomia - Universidade Federal de Roraima. Maria de Fátima Leite Veloso Mestre em Manejo de Solo e Água/Dep. Engenharia - Rural/UFPb - Campus III. Graduada em Farmácia e Bioquímica - Faculdade de Farmácia e Biologia - UEPb. Professora do Departamento de Farmácia e Biologia - UEPb. Roberto Wagner Cavalcanti Raposo. Mestre em Agronomia - ESALQ (Piracicaba). Graduado em Agronomia - Faculdade de Agronomia (UFPb). Professor Adjunto do Departamento de Solos e Engenharia Rural (UFPb - Campus III). Breno Machado Grisi Dr. em Microbiologia. Professor do Curso de Ciências Biológicas, CCEN-UFPb, Campus I, João Pessoa - UFPb. Endereço (1) : Área de Saneamento Ambiental, Departamento de Engenharia Civil - Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba - Av. Aprigio Veloso, Campina Grande - PB - CEP: Brasil - Tel: (083) ramal Residencial: Rua Arthur Monteiro Viana, 48 - Campina Grande - PB - CEP: Brasil - (083) Fax: (083) / ceballos@cgnet.com.br RESUMO Objetivou-se avaliar a qualidade sanitária de compostos orgânicos produzidos em 4 usinas de compostagem de lixo do Estado da Paraíba através da quantificação de bactérias indicadoras de contaminação fecal e patogênicas, assim como verificar a atividade celulolítica e lignolítica da microbiota edáfica presente nos mesmos e definir a melhor proporção composto/solo distrófico para estimular a fixação de nitrogênio em feijoeiro (Phaseolus vulgaris) inoculado com Rhizobium tropici. Todos os compostos apresentaram teores altos de coliformes fecais (4,4x10 4 UFC/100ml) indicando riscos à saúde do agricultor e dos indivíduos relacionados com seu manuseio e transporte. A 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1888

2 relação C/N foi 7 evidenciando bom grau de maturidade e umificação. Os compostos produzido no sertão tiveram a melhor atividade decompositora e a menor contaminação. Todos os compostos adicionados ao solo distrófico estimularam a fixação de N, avaliada pelo número e peso dos nódulos de Rhizobium na raiz das plantas. Observou-se que concentrações superiores a 13 Mg/ha não exerceram maior efeito na nitrificação, nem no crescimento da planta. A melhor nitrificação também correspondeu as usinas do sertão nordestino, sendo o de Princesa Izabel o composto de melhor qualidade (microbiológica, de biomassa e atividade decompositora, de relação C/N e como estimulante das fixação de nitrogênio). PALAVRAS-CHAVE: Composto, Compostagem, Qualidade Microbiológica de Compostos, Fixação de Nitrogênio, Phaseolus Vulgaris. INTRODUÇÃO Os resíduos sólidos urbanos ou domiciliares se caracterizam pelo alto conteúdo orgânico e grau elevado de contaminação microbiana (PEREIRA NETO, 1989). Constituem um sério problema ambiental e de saúde, pelo grande volume produzido (no Brasil: Mg/dia), associado à falta de coleta e/ou tratamento adequado (70%) (ABES,1994). Na Paraíba, estima-se que são produzidos diariamente Mg de lixo, dos quais aproximadamente 50% é orgânico (só em João Pessoa, a capital do Estado, se produzem 770 Mg/dia, sendo 440Mg/d de natureza orgânica ). A maioria deste material tem como destino final os lixões a céu aberto, que poluem o solo, o lençol freático e as águas superficiais e subterrâneas, seja pela lixiviação do chorume, seja através do escoamento superficial (LAMBAIS, 1992, VALLE, 1995). Desde o ponto de vista da saúde pública, os acúmulos de lixo estimulam a proliferação de macro e microvectores (ratos, baratas, moscas, vírus, bactérias, parasitos), sendo que estes últimos também escoam para os corpos aquáticos. A reciclagem e a compostagem dos resíduos sólidos são considerados soluções viáveis e de baixo custo, que permitem às prefeituras municipais administrar seu lixo e produzir compostos orgânicos úteis na agricultura (BARLSHEN e BAETZ, 1994). É reconhecido o poder fertilizante do composto de lixo doméstico, assim como suas propriedades de melhorar as características físicas dos solos (formação de agregados, diminuição da erosão, preservação da umidade, aeração, etc), químicas (regulação do ph, recuperação de nutrientes) e microbiológicas (estimulante das população microbianas decompositoras que participam na mobilização de nutrientes e da proliferação de bactérias fixadoras de nitrogênio). Na sua preparação, utiliza-se mão de obra regional, não especializada, com a dupla vantagem de abaratar os custos e oferecer emprego (PEREIRA NETO, 1989). O composto produzido pode ser usado na produção de mudas, na revitalização e conservação de parques, praças e jardins sob cuidados das próprias prefeituras, assim como a comercialização dos excedentes (preço médio: US$ 1,00kg). Na Paraíba existem vários municípios com usinas simplificadas de compostagem de resíduos sólidos e de seleção de recicláveis, construídas pelas prefeituras locais, e baseadas no método Windrow, com os resíduos dispostos em leiras ao ar livre com reviragem manual e regas periódicas. O processo abrange duas fases, uma termofílica (fase ativa), onde ocorre a degradação da maior parte do material e a morte da maioria dos patógenos e uma outra, mesofílica (de maturação) ou de estabilização - umificação do composto, onde devem ocorrer a oxidação da amônia para nitrato, a inibição de eventuais 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1889

3 toxinas e completar-se o decaimento bacteriano. De acordo com BERTOLDI et alii (1983), para que a compostagem seja eficiente, deve fornecer um produto final estabilizado (completamente degradado ou umificado), seguro sanitariamente e de valor satisfatório como fertilizante. Dentre os parâmetros mais usados na avaliação da qualidade dos compostos destacam-se a relação C/N, teores de N, P e K, umidade, ph, amônia e redução de microrganismos patogênicos. Embora existam informações empíricas sobre resultados satisfatórios no uso dos compostos paraibanos, estes não foram ainda caracterizados. OBJETIVOS A presente pesquisa teve como objetivos: 1) avaliar a qualidade sanitária de compostos orgânicos produzidos na Paraíba, através de bactérias indicadoras e patogênicas, 2) verificar a atividade celulolítica e lignolítica da microbiota edáfica, indicadora da reciclagem potencial de nutrientes e, 3) definir a proporção ideal de composto que estimula a fixação biológica de nitrogênio, avaliada pelo aumento da nodulação (número e peso dos nódulos) de Rhizobium tropici em feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.). MATERIAIS E MÉTODOS Foram coletadas amostras de composto orgânicos de 4 (quatro) usinas paraibanas (dois do sertão, municípios de São Mamede e Princesa Isabel; uma do Agreste - município de Esperança e uma do Brejo - Guarabira) e analisadas no referente às concentrações de coliformes fecais, estreptococos fecais, Clostridium perfringens e Salmonella spp. (APHA, 1995), preparando-se suspensões de solo/solução de diluição de ph controlado. A biomassa microbiana foi avaliada pelo método de fumigação-incubação (FI), de JENKINSON e POWLSON (1976), e a atividade da microbiota foi calculada a partir dos valores da respiração basal (amostras não-fumigadas) e pela determinação das taxas de decomposição celulolítica e lignolítica, segundo GRISI (1995). Outros parâmetros analisados foram: a relação C/N, nutrientes e complexo sortivo (VETTORI,1969; TEDESCO et alii, 1985). O efeito das diferentes proporções dos compostos (0, 5, 10, 15 e 20 Mg/há de compostos de cada usina) na fixação de nitrogênio foi avaliada pelo número e peso dos nódulos radiculares de Rhizobium tropici, em plantas de feijão (Phaseolus vulgaris L.), que foi estudado em casa de vegetação usando-se solo distrófico, num experimento com delineamento enteiramente casualidade, com 4 (quatro) repetições em arranjo fatorial. RESULTADOS E DISCUSSÃO Embora todos os compostos apresentaram teores elevados de coliformes fecais, o de Princesa Isabel teve a menor contaminação (Tabela 1: 4,4x10 4 CF/100mL; 5,3x10 4 EF/gr). Os compostos de Guarabira e Esperança foram os mais contaminados (9,5x10 6 CF/100 ml). Os valores extremadamente altos de coliformes e estreptococos fecais em todos os compostos indicaram riscos para a saúde do agricultor e para todas as pessoas ao longo da linha de produção, transporte e venda. Para poder efetuar estas considerações, visto que 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1890

4 não há legislação sobre a qualidade bacteriológica dos compostos, foram usadas como referencias as concentrações limites de coliformes fecais recomendadas para irrigação irrestrita ( UFC/100 ml, segundo a OMS, 1989) e as normas do CONAMA (20/96) que classifica as águas do território nacional e define seus usos. Salmonella spp esteve ausente em todas as amostras analisadas. Clostridium perfringens não se mostrou um bom indicador, nem do grau de sanitização do composto nem da eficiência da compostagem sobre o decaimento de bactérias esporuladas, pois apresentou valores extremadamente altos em todas as amostras, não evidenciando se esses números eram resultados de ausência de decaimento ou de recontaminação posterior à compostagem. Esta bactéria foi incorporada na pesquisa bacteriológica na busca de um indicador esporulado que fosse capaz de indicar o efeito da compostagem sobre a eliminação de bactérias produtoras de esporos. Entretanto, os altos valores no solo, e o contato direto dos compostos maturados com o solo batido em todas as usinas dificultaram a interpretação dos resultados. Em relação aos nutrientes, os compostos de São Mamede e Princesa Isabel, mesmo que baixas, apresentaram as concentrações mais elevadas de fósforo e carbono (Tabela 3).Também foram entre baixas e médias, as concentrações de K, com melhores respostas nas usinas de Guarabira e Esperança (Tabela 4). A relação C/N foi em torno de 7 para os compostos de Esperança, Guarabira e Princesa Isabel, indicando bom grau de maturidade e umificação, acentuando seu poder biofertilizante. Essa característica tem como origem o alto conteúdo de matéria orgânica nos compostos do estado e o estímulo da atividade microbiana decompositora, que disponibiliza os nutrientes. Já os valores de fósforo (como P 2 O 5 ) foram baixos. Visto que os solos da Paraíba são pobres em fósforo, pode-se concluir que não se deve esperar que a incorporação de composto orgânico ao solo satisfaça as necessidades deste nutriente. O composto de Princesa Isabel teve a maior biomassa e sua atividade microbiana (calculada a partir das taxas de decomposição e da respiração basal), foi relativamente baixa. A taxa de degradação da lignina, substância mais resistente à bioconversão, foi alta (Tabela 2). Os resultados estariam evidenciando que o composto de Princesa Isabel tem a microbiota com maior potencial para a agricultura em relação aos demais compostos, armazenando mais carbono na biomassa do que aquele consumindo para mantê-la. A fixação biológica de nitrogênio pelo Rhizobium tropici foi favorecida pela incorporação de todos os compostos orgânicos no solo, embora não foi idêntica para os quatro. Os melhores resultados foram obtidos com os composto das usinas sertanejas. A quantificação do número de nódulos indicou que doses acima de 13 Mg/ha de composto orgânico/solo distrófico não exercem nenhum efeito adicional na fixação biológica de nitrogênio (Figura 3). Conclui-se que os compostos foram heterogêneos nas suas características microbiológicas (e muito contaminados), biológicas e agronômicas, entretanto se mostraram eficientes na estimulação da circulação de nutrientes no solo (boa atividade lignolítica e celulolítica), com uma relação C/N apropriada. O composto produzido em Princesa Isabel teve a maior capacidade para armazenar esses nutrientes. A adição de composto ao solo distrófico aumentou a fixação de nitrogênio e em conseqüência sua produtividade, sendo a relação ótima 13 Mg/ha de composto/solo. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1891

5 Tabela 1 - Valores médios das bactérias indicadoras de contaminação fecal dos compostos orgânicos de 4 usinas de compostagem de lixo diferentes localidades do Estado da Paraíba. Usinas CT CF E. coli EF BHM C. perfringens (NMP/100mL) (NMP/100mL) Esperança 2,6 x ,5 x ,1 x ,9 x ,9 x x 10 5 Guarabira 3,1 x ,6 x ,1 x ,9 x ,5 x ,4 x 10 5 São 2,8 x ,5 x ,2 x ,4 x ,5 x ,6 x 10 5 Mamede Princesa Isabel 2,5 x ,4 x ,7 x ,3 x ,6 x ,1 x 10 5 Tabela 2 - Valores médios da biomassa microbiana, respiração específica (qco 2 ), relação do carbono da biomassa: carbono total e das atividades decompositoras nos compostos orgânicos das usinas de compostagem da Paraíba. Usinas Biomassa microbiana Respiração específica CBM : CBT Atividade (mg/dia) (mg C-CO 2. (mg C- (%) Celulose Lignia 100g C.S.E.) CO 2) Esperança 17,24 4,83 1,10 19,33 11,00 Guarabira 9,6 1,79 0,44 17,55 9,58 São 32,65 1,24 1,58 14,42 10,15 Mamede Princesa Isabel 58,65 0,37 2,41 15,22 13,47 Legenda: C.S.E. composto seco em estufa; CBM - carbono da biomassa microbiana; CBT - carbono total Tabela 3 - Valores médios do ph e dos nutrientes (carbono, matéria orgânica, nitrogênio e fósforo) dos compostos orgânicos de diferentes localidades do Estado da Paraíba. Usinas ph C (g/dm 3 ) N (g/kg) M.O (g/dm 3 ) P (mg/dm 3 ) Esperança 7.7 a 156 a 21.9 a 26.8 a 330 a Guarabira 8.4 a 218 a 28.4 a 37.6 a 363 a São Mamede 8.1 a 206 a 12.9 a 35.5 a 445 a Princesa Isabel 7.7 a 242 a 25.8 a 41.6 a 747 a Legenda: C carbono orgânico; N nitrogênio; C:N relação carbono/nitrogênio; M.O Matéria orgânica; P fósforo assimilável. Médias seguidas da mesma letra não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5%. Tabela 4 - Valores médios do complexo sortivo dos compostos orgânicos de diferentes localidades do Estado da Paraíba. Usinas Ca Mg Na K H Al Esperança 8.9 a 5.10 a 7.7 a 5.83 a Guarabira 8.6 a 5.80 a 6.97 a 8.60 a São Mamede a 4.95 a 1.46 a 5.65 a Princesa Isabel a 9.20 a 3.85 a 9.31 a Legenda: Ca cálcio; Mg - magnésio; Na sódio; K potássio; H hidrogênio; Al alumínio. Médias seguidas da mesma letra não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey a 5%. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1892

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19 a Ed. APHA / Washington DC, ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. Guia dosaneamento no Brasil / RJ BARLSHEN, K.D. e BAETZ, B.W. Development of a DecisionSupport System for the Planning of Municipal Solid Waste Composting and Recycling Programs. MacMaster University. Hamilton, Canadá, BERTOLDI, M. et alii. Comparison of Three Windrow Compost System. Biocycle GRISI, B.M. Biomassa e atividade de microrganismos do solo. Revisão metodológica. Ver. Nordest. Biol.. João Pessoa, 10:1-22, JENKINSON, D.S. & POWLSON, V.A. The effects of biocidal tratamento on metabolism in soil. Method for measuring soil biomass. Soil Biol. Biochem. Oxford. 8: , LAMBAIS, M.R. Microbiologia e Poluição do Solo. USP/ESA. Revista de En genharia Sanitária, 28 (2): , TEDESCO, M.J. et alii. Análises de Solo, Plantas e Outros Materiais. Porto Alegre. UFRGS, 188p., VALLE, C.E. Qualidade Ambiental. Como Ser Competitivo Protegendo o Meio Ambiente. Ed. Pioneira, SP VETTORI, I. Métodos de Análises de Solo. Ministério da Agricultura (boletim técnico n o 7), EPE WORLD HEALTH ORGANIZATION. Health guidelines for the use of Wastewater in agriculture and aquaculture. Genebra, WHO, p. (Technical Report Series 778). 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1893