VARIAÇÃO DA TEMPERATURA NA COMPOSTAGEM DE RESÍDUOS SÓLIDOS ORGÂNICOS Nogueira Wanderley Antonio *, Costa Devens Damião ** * Programa de Mestrado em Engenharia Ambiental Universidade Federal do Espírito Santo Av. Rio Branco, 1626/1201-29055 642 Vitória ES - Brasil Tel. Fax + 55 27 225 2661 * endereço para correspondência ** Consórcio das Bacias dos Rios Santa Maria / Jucú Vitória ES - Brasil Resumo - O presente trabalho apresenta os resultados obtidos na compostagem de resíduos sólidos orgânicos através do método das pilhas com aeração positiva. Os resíduos utilizados foram provenientes da produção de café solúvel juntamente com os restos vegetais oriundos da comercialização de produtos agrícolas. A variação da temperatura no processo de compostagem tem um papel de significativa importância, e, o seu acompanhamento adequado garante a eficiência do trabalho. Os resultados obtidos evidenciam a possibilidade de se conseguir compostos bioestabilizados, através do método utilizado, com o auxílio do monitoramento adequado da temperatura da massa a ser compostada. O volume de resíduos utilizados foi da ordem de 40 toneladas e os experimentos, em escala real, foram conduzidos a céu aberto. Palabras claves: resíduos sólidos industriais, compostagem, pilhas aeradas, aeração positiva, variação da temperatura, associação de rejeitos, bioestabilização INTRODUÇÃO Na produção industrial de Café Solúvel são produzidos resíduos sólidos conhecidos como borra de café. Segundo a NBR 10.004 (ABNT, 1987), estes são classificados como Resíduos Classe II - Não Inertes. No processo industrial, é gerado a partir da torrefação e moagem do grão de café. A borra de café possui elevada carga orgânica e acidez. Normalmente estes rejeitos são lançados no meio ambiente ou usados como combustível alimentando caldeiras, em geral, na própria indústria. Estes métodos não são nobres e nem tão pouco econômicos. No primeiro caso, a matéria orgânica presente no resíduo, ainda instável, necessita ser degradada. Quando aplicado na queima, via de regra, o problema que se observa é o da geração de material particulado, com implicações na qualidade do ar nas proximidades da indústria. A Tabela 1 apresenta uma composição da borra de café, onde se evidenciam as suas características orgânicas. O resíduo apresenta ainda granulometria fina, sujeita a compactação, possui elevada umidade, da ordem de 80 a 85%, e, ainda assim, não entra facilmente em fermentação. Tabela 1 - Composição da Borra de Café Parâmetros Concentração Matéria Orgânica 90,46 % Nitrogênio 2,30 % Carbono/Nitrogênio (C/N) 22/1 P2O5 0,42 % K2O 1,26 %
Com vistas a melhorar as características físico-químicas iniciais dos resíduos objetos deste estudo, decidiuse acrescentar aos mesmos, para o processo de compostagem, vegetais refugados na comercialização, e, que normalmente são dispostos de forma inadequada em depósitos a céu aberto ou em aterros não controlados. A compostagem, através de pilhas estáticas aeradas positivamente, tem uso consagrado, conforme relatos (Epistein et al., 1976; Stentiford et al., 1985). Quanto à sua utilização no tratamento de resíduos sólidos de origem industrial não se obteve informações precisas. O presente trabalho, além do estudo do método de compostagem, teve como finalidade avaliar a associação de resíduos com vistas à destinação final dos mesmos (Devens, 1995). Um dos fatores de grande relevância no processo de transformação da matéria orgânica é a temperatura do ambiente onde se realiza o processo. De uma maneira geral, quando a matéria orgânica é decomposta o calor criado pelo metabolismo dos microorganismos se dissipa e o material, normalmente, não se aquece. Todavia, na compostagem de resíduos orgânicos, em montes, ou em condições controladas, trabalhando-se com grandes massas, o calor desenvolvido se acumula e a temperatura alcança valores elevados, podendo chegar a cerca de 80 ºC. O desenvolvimento da temperatura está relacionado com vários fatores, materiais ricos em proteínas, baixa relação Carbono/Nitrogênio, umidade e outros. Materiais moídos e peneirados, com granulometria fina e maior homogeneidade, formam montes com melhor distribuição de temperatura e menor perda de calor. A temperatura é o principal indicador do processo de fermentação. Tanto na digestão anaeróbia como na aeróbia, ocorre a elevação da temperatura. Nos processos anaeróbio a elevação da temperatura acontece mais lentamente. Este aumento de temperatura ocorre, em geral, no segundo dia de início do processo, desde que haja um meio adequado ao desenvolvimento dos microorganismos. Na compostagem com aeração forçada positiva, o fluxo de calor é ascendente. O ponto de maior geração de calor está na base das pilhas. A taxa de aeração deve ser perfeitamente controlada em função da temperatura interna das pilhas, de modo a propiciar uma adequada distribuição desta em toda a massa a ser compostada. No início do processo a temperatura interna à pilha é a temperatura ambiente, elevando-se gradativamente com a digestão da matéria orgânica e diminuindo no final do processo pela ausência de substrato. Esse comportamento da temperatura é comum em todos os processos de compostagem. A faixa ótima de temperatura no processo de compostagem é de 50 a 60 ºC. Temperaturas mais elevadas podem ocorrer, todavia, deverão ser evitadas. MATERIAIS E MÉTODOS Matéria Prima Utilizada A matéria prima utilizada no processo de compostagem foi a borra de café proveniente da fabricação de café solúvel. De maneira a auxiliar o processo foram utilizados restos vegetais refugados na comercialização de varejo. Estes vegetais, normalmente, quando descartados, estão parcial ou totalmente impróprios para o consumo humano. As principais características da borra de café e dos restos vegetais, utilizados nestes estudos, estão mostradas, respectivamente, nas Tabelas 2 e 3. Tabela 2 - Características da Borra de Café
Pilha Umidade Matéria Orgânica Nitrogênio Relação C/N I 85 90 1,9 26/1 II 80 90 1,9 26/1 III 82 90 1,9 26/1 IV 76 90 1,9 26/1 Pilha Tabela 3 - Características dos Restos Vegetais Umidade Matéria Orgânica Nitrogênio Relação C/N I 83 96 2,52 26/1 II 72 95 2,68 20/1 III 79 96 2,61 20/1 IV 73 95 2,60 20/1 A Tabela 4 apresenta, percentualmente, as quantidades das matérias primas utilizadas na formação das pilhas montadas para o estudo experimental. Nos quatro experimentos conduzidos foram utilizadas, no total, aproximadamente 40 toneladas da borra de café. Tabela 4 - Formação das Pilhas para a Compostagem Pilha Quantidade Material Utilizado Borra de Café Restos Vegetais I 50 50 II 25 75 III 25 75 IV 67 33 Desenvolvimento Experimental Estes estudos foram conduzidos em escala real, em pátio a céu aberto, recebendo todas as influências normais e naturais do ambiente. O pátio utilizado foi revestido de concreto no sentido de evitar o contato direto com o solo e possibilitar ainda o acompanhamento de eventual produção de chorume durante o processo. A Tabela 5 caracteriza as Pilhas montadas para este trabalho. A seção transversal das pilhas teve a forma de um triângulo cuja base está indicada na tabela como largura. A dimensão longitudinal das pilhas está indicada como comprimento. As dimensões indicadas são relativas ``a montagem para o início de cada experimento.
Tabela 5 - Dimensões Adotadas Para as Pilhas Pilha Dimensões (m) Altura Comprimento Largura I 1,55 6,50 3,50 II 1,65 3,45 0,95 III 1,60 3,70 0,90 IV 1,49 3,40 1,00 O presente estudo foi desenvolvido através de quatro experimentos que estão indicados como Pilhas I, II, III e IV, e, foram executados seqüencialmente no período de Janeiro a Outubro de 1993. A montagem das pilhas teve papel importante no processo de compostagem. Com a preocupação inicial de compactação das pilhas, decidiu-se intercalar camadas de borra de café com restos vegetais. Esta prática não foi seguida nos demais experimentos visto não apresentar bons resultados. Os demais experimentos foram conduzidos com a mistura prévia dos resíduos utilizados no estudo. Os restos vegetais foram, em todas as pilhas, cortados para a redução de suas dimensões. Um aspecto relevante na montagem das pilhas é aquele relativo à difusão do ar na base. Na Pilha I, os restos vegetais com dimensões maiores foram utilizados como difusor, todavia, foram observados alguns problemas de circulação do ar no interior da mesma. Nos demais experimentos foram utilizadas pedras britadas, envolvendo o tubo de PVC, como difusor do ar suprido. Controle do Processo de Compostagem O controle do processo de compostagem foi feito através do monitoramento dos seguintes parâmetros: Temperatura, ph, Umidade e Relação Carbono/Nitrogênio. O registro das temperaturas internas às pilhas foi feito, diariamente, durante todo o experimento. As mesmas foram medidas através de termômetro digital portátil com o auxílio de uma sonda. O pontos de leitura das temperaturas foram definidos de modo a cobrir todo o volume ocupado pelos resíduos que estavam sendo compostados. Assim, procurou-se caracterizar adequadamente todas as temperaturas observadas na base, meio e topo das pilhas. O monitoramento do ph e da Umidade foi feito através de coleta semanal de amostras em diversos pontos das pilhas. O controle da relação Carbono/Nitrogênio foi feito inicialmente, para cada um dos resíduos utilizados, com vistas a definir uma proporção adequada dos mesmos, e no final dos experimentos para avaliar o estágio de decomposição obtido. RESULTADOS As Figuras 1, 2, 3 e 4 apresentam as temperaturas medidas durante o período experimental. O comportamento observado durante todo o período de estudos, apresentou a tendência natural de elevação nos primeiros quinze dias, e declínio na medida que vai acontecendo o processo de transformação objeto deste.
Figura 1 - Variação da Temperatura no Centro e no Topo da Pilha I 75 Temperatura (ºC) 70 65 60 55 50 Centro Topo 45 40 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (dia) Figura 2 - Variação da Temperatura no Centro e no Topo Pilha II 75 70 Temperatura (ºC) 65 60 55 50 45 Topo Centro 40 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (dia)
Figura 3 - Variação da Temperatura no Centro e no Topo da Pilha III 75 Temperatura (ºC) 70 65 60 55 50 Topo Centro 45 40 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (dia) Figura 4 - Variação da Temperatura no Centro e no Topo da Pilha IV 75 70 65 Topo Centro Temperatura (ºC) 60 55 50 45 40 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (dia) As variações mostradas nas Figuras citadas são relativas às temperaturas médias observadas no topo e na região central das pilhas. É oportuno destacar, que as temperaturas registradas na base das pilhas, foram consistentemente menores que as demais anotadas.
CONCLUSÕES Umidade O comportamento da Umidade dos resíduos durante o estudo experimental ocorreu de maneira bastante favorável ao processo. Tendo em vista as características próprias da borra de café, havia um certo receio da influência negativa do alto teor de umidade verificado no resíduo bruto, além da granulometria muito reduzida do mesmo. Todavia, com o auxílio do sistema de aeração foi possível trabalhar dentro de níveis desejáveis. Em nenhum momento, durante todos os experimentos, observou-se a formação de chorume. ph As variações do ph observadas durante o presente trabalho foram bastante uniformes. Os níveis máximos registrados estiveram dentro da faixa ideal de desenvolvimento do processo de compostagem. Nenhum efeito adverso foi observado em conseqüência dos níveis de ph registrado no resíduo bruto. Relação Carbono/Nitrogênio Nas condições aqui descritas foi possível obter composto com relação Carbono/Nitrogênio da ordem de 13/1 à 15/1, todos dentro da faixa de mineralização do Nitrogênio. Temperatura O controle da temperatura no interior das pilhas, através do uso adequado do sistema de aeração, mostrouse muito simples e de grande auxílio no processo de compostagem. O êxito obtido na eficiência de transformação da matéria orgânica, pode ser afirmado, que foi enormemente favorecido pela administração adequada da temperatura. Associação de Resíduos Os resultados obtidos no presente estudo confirmam a possibilidade de associação dos resíduos borra de café e restos vegetais na compostagem através do método das pilhas estáticas com aeração forçada positiva. REFERÊNCIAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas (1987). Resíduos Sólidos - Classificação - NBR 10.004.
DEVENS, D. C., (1995) Aplicação do Processo de Compostagem com Aeração Forçada Positiva aos Resíduos Sólidos da Indústria de Café Solúvel - Dissertação de Mestrado - Centro Tecnológico - Universidade Federal do Espírito Santo - Vitória ES - Brasil. EPSTEIN, E., WILLSON, G. B., BURGE, W.D., MULLEN, D. C., and ENKIRI, N. K. (1976) A forced aeration system for composting wastewater sludge - J. Water Pollution Control Federation, 48 (4), 688. STENTIFORD, E. I., TAYLOR, P. I., LETON, T. G., and MARA, D. D., (1985) Forced Aeration Composting of Domestic Refuse and Sewage Sludge - J. Water Pollution Control Federationpp 23-32.