DINÂMICA DE O2, CO2 E CH4 EM LEIRAS ESTÁTICAS DE COMPOSTAGEM DURANTE A FASE TERMOFÍLICA

Por ser um processo aeróbio, a compostagem gera baixas quantidades de metano por tonelada de resíduo orgânico em comparação com outras formas de tratamento e disposição de resíduos orgânicos (Amlinger et al., 2008), apesar de que certas condições inadequadas de operação podem levar a emissões mais altas de metano e óxido nitroso (Thompson et al. 2003).

Desta forma, o objetivo deste trabalho foi caraterizar a dinâmica de O2, CO2 e CH4 e temperatura em uma leira estática com aeração passiva (método UFSC), um método de compostagem de baixo custo empregado por municípios, universidades e empresas públicas no Brasil (Inácio & Miller, 2009).

 

A leira de compostagem foi montada com 16,0 m de comprimento, altura entre 0,8 e 0,9 m e largura de 1,2 m, com paredes laterais retas. Os resíduos utilizados foram restos de comida (de restaurantes), cama de cavalo (esterco), e aparas de grama, com relação aproximada de 1:1:1 em volume. No método empregado não há revolvimentos frequentes ou aeração forçada. Esta leira estática com aeração passiva recebe uma nova carga de resíduos semanalmente durante a fase termofílica.

O monitoramento de gases (CO2, O2 e CH4) e temperatura ocorreu no período de 4 de fevereiro a 19 de maio de 2009 (104 dias), com 9 dias de amostragem divididos em 3 campanhas. As medições foram efetuadas com um analisador de gases portátil para 3 gases simultâneos, O2, CO2 e CH4, com resolução de 0,1% e faixa de 0 a 100% (Columbus Instruments, Ohio, EUA) e um termopar tipo K digital (0,1ºC). As emissões na superfície da leira foram medidas com auxílio de um tubo (
150mm por 200mm) ligado à mangueira do medidor, com sucção de 1LPM, formando uma câmara dinâmica.

 

O processo de compostagem encontráva-se na fase termofílica durante o monitoramento (média de 53,29ºC, s = +7,54ºC e intervalo de confiança de 95% entre 52,30ºC e 54,28ºC). A Figura 1, gráfico a, mostra que os pontos mais próximos à parede lateral (distância da parede lateral (DLP) = 10cm) da leira sofrem a influência do meio externo apresentando temperaturas mais baixas que os pontos mais internos (DPL = 30 ou 60cm).

 

As concentrações de O2, CO2 e CH4 são regidas pela atividade biológica e pelo fluxo de ar. A atividade microbiana consome O2 e libera CO2, reduzindo a concentração de O2 no meio. Quando o O2 é reduzido a menos de 10% predomina a atividade microbiana anaeróbia com geração de CO2 e produção de CH4 por microrganismos metanogênicos. O CH4 é consumido por microrganismo metanotróficos em presença de O2 (Nazaroff & Alvarez-Cohen 2001; Cardoso et al., 1992). Nas leiras estáticas, a concentração de O2 depende da intensidade do consumo pelos microrganismos e da reposição via aeração passiva, que sofre influência da porosidade da leira, do excesso de conteúdo de água nos micro e macroporos e influência do calor interno sobre o fluxo de ar (Randle & Flegg, 1978).

Para O2, os valores de média (14,15%, s = 5,65) e mediana (15,60%), bem como os intervalos de confiância (95%) obtidos, para média de 13,19% a 14,90% e para mediana de 14,30% a 16,79%, demonstram que a leira estática monitorada é predominantemente aeróbia em sua fase termofílica, porém com um centro anaeróbio como demonstrado pelos dados quando separados em diferentes profundidades (Figura 1, gráficos b,c,d).

O gráfico "a" da Figura 2, mostra a correlação (inversa) obtida entre concentração de O2 e CH4, R2 =0,9447, resultando numa equação exponencial que reflete a produção acentuada de CH4 a O2<10%, conforme esperado para a atividade microbiana (Miller, 1993).

Figura 1- Gráficos das médias de temperatura (a) e concentração O2 (b), CO2 (c) e CH4 (d) em três diferentes alturas e distâncias da parede lateral (DLP) dentro de leiras estáticas de compostagem em fase termofílica.

Figura 2 - Gráficos das médias de temperatura e concentração de gases (O2, CO2 e CH4) em três diferentes alturas e distâncias da parede lateral (DLP) dentro de leiras estáticas de compostagem em fase termofílica.

As altas correlações (>0,9) obtidas entre os diferentes gases neste monitoramento apontam para a adequação da metodologia utilizada. As médias das concentrações dos gases dentro da leira e nas emissões apontam para uma tendência de maiores emissões de CH4 e CO2 à DPL 60cm. A queda acentuada da concentração de CH4 nas amostras quando do aumento de O2 sugere que há significativa atividade de microrganismos metanotróficos. A diluição com o fluxo de ar atmosférico que entra na leira também é um fator de influência, porém, a análise da proporção entre CH4:CO2 (%:%) nas diferentes camadas da leiras, da base até o topo (emissão), mostra que essa proporção cai acentuadamente, de 0,7 até menos de 0,1, respectivamente, sugerindo que apesar dos dois efeitos influenciarem nos baixos valores de CH4, a atividade metanotrófica predomina na camada mais superficial (20cm) rica em O2 (>18%).

 

O estudo da dinâmica de O2,,CO2 e CH4 comprovou a capacidade da aeração passiva suportar o processo de compostagem de uma leira estática preparada com resíduos de comida, cama de cavalo e aparas de grama, mantendo-a predominantemente aeróbia (mais de 3/2 do volume entre 10% e 15% de O2) em sua fase termofílica, porém com um pequeno centro anaeróbio (< 10%). Pode-se afirmar, com os dados obtidos, que de 89 a 98% do CH4 gerado nas zonas anaeróbicas da leira estática são consumidos pela atividade metanotrófica da microbiota nas zonas aeróbias superficiais, o que mantém as emissões de CH4 baixas. Uma melhoria na qualidade dos dados poderá ser obtida com o uso de analisadores de gases com resolução em 0,01% ou melhor.

 

Agradecemos à Coordenação de Meio Ambiente da INFRAERO por ter cedido a área para os trabalhos. Este estudo recebeu recursos da FINEP e da FAPERJ.

 

AMLINGER, F.; Peyr, S. & C. Curls Green house gas emissions from composting and mechanical biological treatment. 26: 47-60. Waste Management & Research. 2008

CARDOSO, E. J. B .N; Tsai, S. M.; Neves, P. C. M. Microbiologia do Solo. Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, Campinas,1992

INÁCIO, C.T & Miller, P. R. M. Compostagem: ciência e prática aplicadas a gestão de resíduos. EMBRAPA, 2009 (in press)

MILLER, F. C. Composting as a Process Base on the Control of Ecologically Selective Factors. In: Soil Microbial Ecology: application in agricultural and environmental management. F.B. Metting Jr. Ed. 1993. p.515-541.

NAZAROFF, W. W.; Alvarez-Cohen; L. Environmental Engineering Science. Wiley, 2001. RANDLE, J; & FLEGG, M. Oxygen measurements in a Mushroom Compost Stack. Scientia horticulae. 8 315-323 1978

THOMPSON, A.G; Wagner-Riddle, C., Fleming, R. Emissions of N2O and CH4 during the composting of liquid swine manure. Environmental Monitoring and Assesment, 91: 87- 104,2004.