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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CÂMPUS DE BOTUCATU
CARACTERÍSTICAS MINERAIS E ENERGÉTICAS DO LIXO URBANO
EM PROCESSOS DE COMPOSTAGEM E BIODIGESTÃO ANAERÓBIA
IZABEL CRISTINA GALBIATTI VESPA
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências
Agronômicas da Unesp - Câmpus de Botucatu,
para obtenção do título de Mestre em Agronomia
- Área de Concentração em Energia na
Agricultura.
BOTUCATU-SP
Agosto -2005
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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CÂMPUS DE BOTUCATU
CARACTERÍSTICAS MINERAIS E ENERGÉTICAS DO LIXO URBANO
EM PROCESSOS DE COMPOSTAGEM E BIODIGESTÃO ANAERÓBIA
IZABEL CRISTINA GALBIATTI VESPA
Orientador: Prof. Dr. Jorge de Lucas Junior
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências
Agronômicas da Unesp - Câmpus de Botucatu,
para obtenção do título de Mestre em Agronomia
- Área de Concentração em Energia na
Agricultura.
BOTUCATU - SP
Agosto - 2005
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FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉCNICA DE AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DA INFORMAÇÃO –
SERVIÇO TÉCNICO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO
UNESP - FCA - LAGEADO - BOTUCATU (SP)
Vespa, Izabel Cristina Galbiatti, 1954-
V579c Características minerais e energéticas do lixo urbano em processos de compostagem e biodigestão /
Izabel Cristi-na Galbiatti Vespa. – Botucatu, [s.n.], 2005.
x, 56 f. : il. , gráfs., tabs.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual Paulis-
ta, Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 2005
Orientador: Jorge de Lucas Júnior
Inclui bibliografia
1. Biogás. 2. Biomassa vegetal. 3. Compostos orgânicos. 4. Aproveitamento energético. I. Ming, Lin Chau.
II. Univer-sidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (Campus de Botucatu). Faculdade de
Ciências Agronômicas. III. Ti-tulo.
CDD 628.44
III
“Todas as coisas são interligadas como o sangue que une uma família. O
que acontecer com a Terra, acontecerá com seus filhos. O homem não pode tecer
a trama da vida; ele é meramente um dos fios. Seja o que for que ele faça à
trama, estará fazendo consigo mesmo”.(Chefe Seattle)
A meu esposo, Dr.Jesuino, aos meus filhos:
Priscila, Thiago,Wesley e Renata e ao meu neto
Haruyuki.
DEDICO
IV
AGRADECIMENTOS
Agradeço, primeiramente a Deus, pois a Ele devemos a nossa existência e sabedoria;
Aos meus queridos pais, Fausto e Palmira, que me colocaram no mundo e sempre me
deram instrução, carinho e apoio;
Ao meu querido esposo, Dr.Jesuino Vespa, pela ajuda nas pesquisas, pela compreensão
nos momentos em que precisei me ausentar e pelo apoio em todos os momentos;
Aos meus queridos filhos, Priscila, Thiago, Wesley e Renata pelo apoio, auxílio,
confiança e compreensão;
Ao meu querido neto Haruyuki que nos momentos de cansaço, ele era o meu descanso e
alegria;
A minha família, irmãos, cunhadas, sobrinhos pelo incentivo, dedicação e paciência;
Ao Prof. Dr Jorge de Lucas Junior pela sua paciência, instrução e amizade;
A Empresa Constroeste, na pessoa do Eng. Aviemar Filho, que forneceram o material
para a pesquisa e sempre estavam prontos a fornecer dados referente a empresa e ao material
fornecido quando foi preciso, espera-se que estes resultados possam retribuir esta dedicação;
V
Ao Departamento de Engenharia Rural da FCAVJ-UNESP – Jaboticabal-SP e aos seus
funcionários, por ter cedido o espaço e o laboratório para que fossem realizados o experimento
e as análises;
A minha amiga Ana Carolina Amorim, que nos momentos de dúvidas, muitas vezes me
auxiliou;
As funcionárias da Seção de Pós –Graduação, área de Concentração Energia na
Agricultura FCA-UNESP - Botucatu –SP, pela atenção com que sempre me atenderam;
A todos os professores do curso de pós –graduação, pelos ensinamentos.
A Instituição Paulista Adventista de Educ. e Assist, Social - São José do Rio Preto-SP,
especialmente ao seu presidente Pr Luis Carlos Araújo,pelo apoio;
Aos professores, funcionários do Colégio Adventista de São José do Rio Preto e a todos
aqueles que de uma maneira ou de outra, contribuíram para que fosse concluída mais esta
etapa da minha vida.
VI
SUMÁRIO
Página
SUMÁRIO.................................................................................................................................VI
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................. VII
LISTA DE TABELAS ...........................................................................................................VIII
RESUMO ..................................................................................................................................11
SUMMARY ..............................................................................................................................13
1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................................15
2. REVISÃO DE LITERATURA .............................................................................................17
2.1- Digestão anaeróbia.......................................................................................................18
2.2- Compostagem ...............................................................................................................21
2.3- Equivalência Energética ..............................................................................................23
2.4- Qualidade do Fertilizante Orgânico...........................................................................25
3. MATERIAL E MÉTODOS...................................................................................................27
3.1- Definição do experimento............................................................................................27
3.2- Tratamento do resíduo sólido orgânico no município de São José do Rio Preto ...28
3.3- Ensaio de biodigestão anaeróbia.................................................................................29
3.4-Ensaio de compostagem................................................................................................32
3.5- Metodologias empregadas ...........................................................................................32
3.5.1. Determinação dos teores de sólidos totais e voláteis......................................... 32
3.5.2. Abastecimento dos biodigestores........................................................................ 33
3.5.3. Determinação do volume de biogás.................................................................... 34
3.5.4. Determinação do potencial de produção de biogás ..........................................35
3.5.5. Digestão para quantificação de minerais ..........................................................35
3.5.6. Determinação dos teores de carbono orgânico .................................................36
3.5.7. Equivalência energética ...................................................................................... 36
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ..........................................................................................37
4.1-Digestão Anaeróbia .......................................................................................................37
4.1.1. Teores de sólidos totais e voláteis....................................................................... 37
4.1.2. Produção de biogás.............................................................................................. 38
4.1.3. Potenciais de produção de biogás.......................................................................40
4.1.4. Características químicas dos biofertilizantes obtidos ......................................42
4.2-Compostagem ................................................................................................................42
4.2.1. Temperaturas das Leiras.................................................................................... 43
4.2.2. Rendimento na Produção de Composto ............................................................44
4.2.3. Teores de Carbono, Nitrogênio, Sólidos Totais, Sólidos Voláteis, Matéria
Orgânica Compostável, Matéria Orgânica Resistente a Compostagem e Demanda
Química de Oxigênio. .................................................................................................... 44
4.3-Equivalência energética entre os processos de biodigestão anaeróbia e de
compostagem........................................................................................................................48
5. CONCLUSÃO.......................................................................................................................50
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................52
VII
LISTA DE FIGURAS
Figuras Páginas
1. Localização do Município de São José do Rio Preto no Estado de São Paulo.....................29
2. Esquema dos biodigestores batelada de campo, medidas em mm. (Fonte: ORTOLANI et al.,
1986)..................................................................................................................................................31
3. Distribuição média diária da produção de biogás para os biodigestores abastecidos com lixo
urbano (LU) e lixo urbano + inoculo (LU+IN)..........................................................................40
4. Temperaturas médias semanais das leiras de compostagem formadas a partir do resíduo lixo
urbano........................................................................................................................................43
5. Redução de massa seca enleirada, durante a compostagem do resíduo lixo urbano.............45
VIII
LISTA DE TABELAS
TABELAS Páginas
1. Teores de macro e micronutrientes e metais pesados, do afluente e efluente de
biodigestores- Fonte: BENINCASA (1997)..............................................................................26
2. Componentes dos substratos e teores de sólidos totais e voláteis no abastecimento de
biodigestores batelada com lixo orgânico..................................................................................34
3. Teores de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV), em kg e %, no início e final do
experimento (abastecimento e efluente dos biodigestores) sem inóculo (LU) e com inóculo
(LU+IN) e as reduções dos ST e SV..........................................................................................37
4. Produções médias semanais (m³) de biogás obtidas em biodigestores anaeróbios(1 2 e 3)
abastecidos com resíduo sólido urbano orgânico(LU) e resíduo sólido urbano orgânico +
inoculo (LU + IN)......................................................................................................................39
5. Potenciais de produção total de biogás em m³/kg de substrato adicionado, m³/kg de sólidos
totais adicionado, m³/kg de sólidos voláteis adicionado, m³/kg de sólidos voláteis reduzido e
m³/kg de lixo orgânico adicionado no resíduo sólido urbano orgânico (LU) e no resíduo sólido
urbano orgânico com inóculo (LU + IN)...................................................................................41
6. Teores de macro e micro nutrientes e metais pesados do efluente dos biodigestores com e
sem inoculo................................................................................................................................42
7. Rendimento de composto das leiras conduzidas, em porcentagem, nos 150 dias................,44
8. Quantidades (em kg) de matéria natural e seca, % de sólidos totais e voláteis e redução da
quantidade de MS, aos 0, 30, 60, 90, 120 e 150 dias de formação das leiras de compostagem, a
partir do resíduo sólido urbano orgânico.....................................................................................45
IX
9. Teores de carbono e nitrogênio, relação C:N, matéria orgânica compostável (MOC), matéria
orgânica resistente a compostagem (MORC) e demanda química de oxigênio (DQO) aos 0, 30,
60, 90, 120 e 150 dias da compostagem do resíduo lixo urbano...............................................46
10. Teor de macro e micro nutrientes e metais pesados do Processo de Compostagem no
Composto...................................................................................................................................47
11. Potencial Energético, Material Flutuante e Perdas ou Rejeitos (plásticos , metais) do LU
(resíduo sólido urbano orgânico) de São José do Rio Preto através da biodigestão anaeróbia e
compostagem.............................................................................................................................48
12. Quantidade de nutrientes: N(nitrogênio), P (fósforo) e K (potássio) em relação a MS
(Massa Seca) no processo de compostagem do resíduo sólido urbano
orgânico......................................................................................................................................49
13. Quantidade de nutrientes: N(nitrogênio), P (fósforo) e K (potássio) em relação a produção
diária de LU(resíduo sólido urbano orgânico) no processo de biodigestão
anaeróbia....................................................................................................................................49
11
RESUMO
Nos últimos anos, verifica-se crescente a produção de resíduos sólidos
urbanos associada a um aumento populacional e ao maior consumo de produtos com
embalagens que poderiam ser recicladas. Medidas rápidas de valorização e reciclagem devem
ser tomadas para que permitam um consumo contínuo de alguma forma racional, diminuindo
conseqüentemente, as agressões ambientais.
No presente estudo avaliaram-se parâmetros que proporcionem
subsídios na tomada de decisões sobre o melhor aproveitamento dos resíduos sólidos urbanos
orgânicos, utilizando-se a compostagem ou a biodigestão anaeróbia.
O resíduo sólido urbano orgânico (lixo) foi cedido pela empresa
CONSTROESTE, localizada no município de São José do Rio Preto-SP, e o experimento foi
conduzido no Laboratório de Biodigestão Anaeróbia do Departamento de Engenharia Rural da
Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias - Campus de Jaboticabal da Universidade
Estadual Paulista - Unesp.
Foram conduzidos ensaios de compostagem e biodigestão anaeróbia,
utilizando-se resíduo sólido urbano orgânico coletado no município de São José do Rio Preto –
SP, no intuito de avaliar as características químico-minerais, o potencial energético e a
interferência da qualidade do resíduo no desenvolvimento dos processos. Avaliaram-se as
reduções de sólidos totais e voláteis, produções de biogás e qualidade do biofertilizante
durante a biodigestão anaeróbia, que foi conduzida com a utilização ou não de inóculo, e
parâmetros como temperatura, umidade, peso, teores de nutrientes, e redução de massa
enleirada durante a compostagem e a equivalência energética nos dois processos.
12
Observaram-se reduções de 58,5% nas quantidades de massa seca
enleirada e de 40,9% nos teores de carbono orgânico, matéria orgânica compostável e
demanda química de oxigênio. Foram verificadas temperaturas acima de 40º C, no interior das
leiras, evidenciando a importância do processo na redução e/ou eliminação de patógenos.
No processo de biodigestão anaeróbia foi possível verificar que
ocorreu antecipação na produção de biogás quando se adicionou inoculo no substrato.
Quanto à equivalência energética demonstrou-se que o potencial de
biogás em um ano é em torno de 8,5 milhões de m³ para uma produção de resíduo sólido
urbano orgânico de São José do Rio Preto-SP, de 63 875 t/ano e a produção de composto é de
26 280 t/ano para mesma quantidade de resíduo sólido urbano orgânico.
Portanto, a digestão anaeróbia e a compostagem são muito importantes
no processo de reaproveitamento dos resíduos sólidos urbanos orgânicos que, simplesmente, a
maioria das cidades deposita em aterros sanitários ou em lixões a céu aberto.
13
SUMMARY
MINERAL AND ENERGY CHARACTERISTICS OF URBAN WASTE IN COMPOSTING
AND ANAEROBIC DIGESTION PROCESSES., Botucatu, 2005. 60p. Dissertação (Mestrado
em Agronomia/Energia na Agricultura) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade
Estadual Paulista.
Author: IZABEL CRISTINA GALBIATTI VESPA
Adviser: JORGE DE LUCAS JUNIOR
An increasing production of urban organic wastes is noticed in the last years,
associated with the growth of the global population and the increased of resultant
consumption. Fast actions of valorization and recycling must be done, in a way that it allows a
rational continuous consumption and consequently decreasing environmental aggressions.
This work has evaluated some parameters that supply decision making over better use
of urban organic wastes through composting or anaerobic digestion processes.
The urban organic waste was supplied by Controeste company, in São José do Rio
Preto – SP. The experiment was conducted in the Anaerobic Digestion Laboratory –
Agricultural Engineering Department – Veterinary and Agricultural Sciences College –
Jaboticabal Campus – São Paulo State University – UNESP.
Samples of composting and anaerobic digestion were collected done from the wastes in
the city of São José do Rio Preto – SP, with the objective of evaluating to the chemical and
mineral properties and consequent interference of the residues on the processes. The
reductions of total and volatile solids, biogas production and biofertilizer quality werw
evaluated during the anaerobic digestion. It was conducted using inoculums or not and
14
parameters such as temperature, humidity, weight, nutrient content and reduction of heap mass
during the composting.
A reduction the 58,5% in the quantity of heap dry mass, 40,9% in the organic carbon
contents, recycling organic material and chemical demand of oxygen was observed. It was
registered temperatures above 40ºC in the heaps interior, evidencing the importance of the
process of reduction and/or elimination of pathogens.The presence of innocuous in the
substrate anticipated the biogas production in the process of anaerobic digestion.
About energetic equivalency, it was demonstrated that the biogas potential in a year is
around 17 million m
3
for the urban garbage production of São José do Rio Preto – SP, of about
127.750 tons/year and the compost production is about 34.689.97 tons/year for the same
quantity of urban garbage.
Anaerobic digestion and composting processes are important for urban organic garbage
reuse, and, most of the cities drops it in sanitary landfills or garbage in an open air.
______________________________
Key words: compost, biogas, energetic equivalency.
15
1. INTRODUÇÃO
Após a Revolução Industrial, a partir do século XVIII, a utilização de
energia e dos recursos naturais aumentou consideravelmente, pois a população rural deixou o
campo para viver na cidade. O desenvolvimento econômico baseava-se na elevada escala de
produção, por meio de “grandes indústrias”, envolvendo grande utilização de mão-de-obra.
Este tipo de produção exigia matéria-prima em grande quantidade, já que alta produtividade
era sinônimo de produção em grande escala. Não havia preocupação com redução de
desperdícios e um planejamento de proteção ambiental.
Atualmente, o manejo inadequado de resíduos sólidos de qualquer
origem gera desperdícios, constitui ameaça constante à saúde pública e agrava a degradação
ambiental, comprometendo a qualidade de vida das populações, especialmente nos centros
urbanos de médio e grande porte. A situação evidencia a urgência em se adotar um sistema de
conscientização educacional da sociedade, definindo uma política para o gerenciamento de
resíduos sólidos urbanos que assegure a melhoria do nível de qualidade de vida, promova
ações práticas recomendadas para a saúde pública e proteja o meio ambiente.
Segundo SCHALCH (1991) e a classificação da ABNT- NBR 10 004,
resíduos sólidos ou semi-sólidos são classificados como resultantes de atividades das
comunidades, podendo ser de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, de serviços,
de varrição e agrícola. Ficam também incluídos os lodos provenientes de sistemas de
tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição,
bem como determinados líquidos, cujas particularidades, tornem inviável seu lançamento na
16
rede pública de esgotos ou corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnicas e
economicamente inviáveis em face de melhor tecnologia disponível.
A compostagem e a biodigestão anaeróbia têm se apresentado como
formas eficientes de se reciclar os resíduos sólidos urbanos orgânicos. Segundo KIEHL
(1979), a compostagem é um processo aeróbio em que resíduos sólidos urbanos orgânicos são
convertidos em adubo humificado. A biodigestão anaeróbia é um processo no qual resíduos
orgânicos são transformados em biofertilizante e também em combustível renovável, o biogás
[BENINCASA, ORTOLANI e LUCAS JR. (1986)].
O município de São José do Rio Preto gera aproximadamente 350 t/
dia de resíduos sólidos urbanos, dos quais em torno de 50% são constituídos de matéria
orgânica. O município possui uma usina de compostagem, onde a separação dos materiais é
feita por peneiração. Depois deste procedimento o material é conduzido até o pátio de
compostagem, onde são efetuados revolvimentos periódicos para a aeração e maturação do
composto. O tratamento dos efluentes (chorume dos aterros e leiras) ocorre por meio de adição
de insumos químicos e lagoas com aeração. As águas residuárias provenientes do tratamento
são reutilizadas na higienização da usina e para a jardinagem, para que ocorra a redução da
demanda bioquímica de oxigênio (DBO) em torno de 95%.
A avaliação da maturidade do composto de resíduo sólido urbano
orgânico tem sido reconhecida como um dos mais importantes problemas relacionados ao
processo de compostagem e biodigestão anaeróbia na utilização agrícola segura do produto
como fonte de energia. Sendo assim, é preciso reorientar os padrões atuais de produção e
consumo, havendo eficiência dos processos industriais e reduzindo os desperdícios, dando
assim prioridade ao atendimento das necessidades básicas da população.
Desta forma, objetivou-se estudar parâmetros que sirvam como
subsídios na tomada de decisões sobre o melhor aproveitamento dos resíduos sólidos urbanos,
avaliando-se a qualidade da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos, a produção do
biogás, a qualidade do biofertilizante, a qualidade do composto e a viabilidade da utilização da
fração orgânica de resíduos sólidos urbanos como componente essencial para a biodigestão
anaeróbia e para a compostagem, comparando-se a geração de energia indireta (composto e
biofertilizante) e a energia direta (biogás) correlacionando-se os resultados obtidos.
17
2. REVISÃO DE LITERATURA
Energia, segundo TUNDISI (1991) é derivada de energeia, que em
grego significa “em ação”. É a propriedade de um sistema que lhe permite existir ou, como
conceitua a Física, realizar trabalho, ou seja, pode-se obter alguma utilidade dela. É importante
compreender que a energia se apresenta de diversas formas (diversas manifestações) que se
transformam umas nas outras, implicando em fluxos de energia.
Analisando as fontes de energia, observa-se que algumas são
"primárias", no sentido de que são providas pela natureza na sua forma direta e são utilizadas
diretamente ou dão lugar a uma outra forma que é a que será utilizada. Assim, são fontes
primárias de energia o petróleo, o gás natural, o carvão mineral, a lenha (biomassa em geral), o
urânio, a água (energia hidráulica), o sol, o vento, etc. São "secundárias": a eletricidade, a
gasolina, o carvão vegetal, o álcool, etc.
Os organismos biológicos que podem ser aproveitados como fontes de
energia são chamados de biomassa. O resíduo sólido orgânico que dá origem ao biogás é uma
biomassa utilizada para a geração de energia. No Brasil, a proporção de energia total
consumida é cerca de 35% de origem hídrica e 25% de origem na biomassa, significando que
os recursos renováveis suprem algo em torno de dois terços dos requisitos energéticos do país.
A biomassa é uma forma indireta de aproveitamento da energia solar absorvida pelas plantas,
já que resulta da conversão da luz do sol em energia química (BUBU, 2005).
Segundo LEITE (1997) a questão energética assume o caráter de
desafio para os países em desenvolvimento, quando se constata que os 850 milhões de
18
habitantes das nações desenvolvidas de economia de mercado consomem mais da metade da
energia do mundo, e que esta já atinge mais de oito bilhões de toneladas equivalentes de
petróleo (tEP) por ano.
De acordo com KROEGER et al (1998), pelo menos 30% dos
resíduos sólidos urbanos e uma grande proporção de resíduos industriais podem ser
biologicamente tratados via compostagem e digestão anaeróbia, e essa quantidade recuperável
da fração orgânica é de aproximadamente 60 milhões de toneladas/ano – em torno de 40% do
total de resíduos sólidos urbanos produzido na Europa.
Sendo a digestão anaeróbia e a compostagem processos de degradação
de resíduos orgânicos, podemos afirmar que a digestão anaeróbia e a compostagem são fontes
de energia renováveis e inesgotáveis.
Baere & Verstrate (1984), citados por BENINCASA (1997), em
estudos sobre interação de sistemas de compostagem aeróbia com processo de digestão
anaeróbia, verificam que o tempo necessário para a conversão da matéria orgânica de resíduos
sólidos urbanos é de duas a três semanas, com rendimento de 60m³ CH
4
(metano) por
toneladas de substrato. No caso de se aplicar na digestão anaeróbia o material proveniente de
um sistema de compostagem, este rendimento se eleva para 80 a 95 m³ CH4/t de substrato,
com um tempo de retenção de três semanas. Foi constatado, ainda, que um pós-tratamento de
resíduos digeridos anaerobicamente, promove a redução de 50 a 60% do peso e de 85% do
volume da biomassa.
2.1- Digestão anaeróbia
A digestão anaeróbia é um processo biológico natural que ocorre na
ausência de oxigênio molecular, no qual populações bacterianas interagem estreitamente para
promover a fermentação estável e auto-regulada da matéria orgânica, da qual resultam,
principalmente, os gases metano e dióxido de carbono (FORESTI, 1994).
19
Segundo TORTORA et al (2002), as bactérias anaeróbias
obrigatórias, produtoras de metano (metanogêneas) são de importância econômica
considerável. São utilizadas nos processos de tratamento de esgoto, podendo ser utilizadas
para tratamento de resíduos sólidos urbanos. Essas bactérias Archaeas, grupo
excepcionalmente interessante de bactérias, inclui micróbios que são altamente diferentes em
morfologia e nos seus nichos ecológicos. Sua parede celular não apresenta peptideoglicano,
comum a todos os outros grupos de bactérias.Vivem em grandes concentrações de sais,
ambientes quentes e com pH ótimo por volta de 2, necessitam desses ambientes para se
reproduzir e combinam o hidrogênio (H
2
)
com CO
2
para formar o metano (CH
4
)
Os
microrganismos são usados para a bioconversão, que é responsável pela conversão de
biomassa em fonte de energia.
O metano é uma das fontes de energia mais convenientes produzida
pela bioconversão como produto do tratamento anaeróbio. Muitas comunidades produzem
quantidades úteis de metano a partir de resíduos de aterros (TORTORA et al, 2002).
Durante a crise energética dos anos 70 cresceu o interesse pela
geração de metano como energia alternativa substitutiva do petróleo a partir de resíduos
orgânicos sólidos.
De acordo com NOGUEIRA (1986) a maioria dos resíduos orgânicos
é constituído por uma mistura de três elementos: carboidratos, gordura e proteína, resultando
numa composição de biogás como: metano (CH4) 55-75% , dióxido de carbono (CO2) 25 –
45%, nitrogênio (N2) 0 –3 % , hidrogênio (H2) 0-2%, oxigênio (O2) 0- 0,1% e gás sulfídrico
(H2S) 0- 1%.
Para produzir o metano (biogás) há necessidade de uma fermentação
anaeróbia a partir da matéria orgânica na presença de bactérias e isto se faz por meio de um
biodigestor, que transforma esses materiais em condições anaeróbicas, isto é, na ausência do ar
atmosférico.
Os biodigestores no Brasil, segundo BENINCASA et al (1986), são
classificados como “convencionais” ou “não convencionais”, em função das relações entre as
características do resíduo orgânico a ser utilizado como substrato e o tipo de reator julgado
mais eficiente para o seu processamento.
20
De acordo com KLEIN (1972), as vantagens da digestão anaeróbia
dos resíduos sólidos é a redução do volume para a disposição final, conversão sem poluição do
ar, produção de um lodo estabilizado com características desejáveis e produção de um
subproduto desejável (gás metano).
Para SPEECE (1983) a conversão anaeróbia de substratos orgânicos
complexos na ausência de luz, nitrato, nitrito e sulfato é realizada por bactérias
quimioheterotróficas não metanogênicas e bactérias metanogênicas. Os compostos orgânicos
são hidrolisados pelas bactérias quimioheterotróficas não metanogênicas a açúcares, álcoois,
ácidos voláteis, hidrogênio e CO
2
.
BENINCASA (1997) em estudos realizado com o lixo orgânico da
CEASA de Ribeirão Preto verificou que quando o material foi fermentado em biodigestor
modelo batelada, o mesmo sofreu reduções de sólidos voláteis superiores a 68%. Os conteúdos
de sólidos totais foram de 4,8 kg e 1,69 kg, no início e final do processo. O substrato
preparado com lixo pré-secado sofreu uma redução de sólidos voláteis de 83%, pois as
quantidades de sólidos voláteis foram de 4,12 kg e 0,75 kg no início e final do processo de
fermentação.
GORGATI et al (1994) em estudo de tratamento da fração orgânica de
lixo urbano em biodigestores batelada, observaram antecipação da queima do gás quando se
utilizou inóculo na formulação do substrato, sendo este efeito mais evidente com o uso do lixo
seco e triturado do que com uso de lixo “in natura”. No mesmo trabalho, os resultados
mostraram que a utilização de lixo seco e triturado foi muito importante também nas taxas de
redução de sólidos voláteis onde se obtiveram valores de 72,78% em 336 dias para o
tratamento com lixo seco e triturado e 58,96% de redução no que se utilizou lixo “in natura”.
De acordo com o estudo realizado em lixo urbano, GORGATI (1996)
verificou–se que o lixo apresenta bom potencial para produção de biogás da ordem de 0,1323
a 0,1395m³ de biogás por kg de lixo “in natura”.
O poder calorífico do biogás, segundo NOGUEIRA (1986), estudos
realizados com resíduos orgânicos, depende de seu teor de metano e grau de umidade e o
21
poder calorífico é estimado em 5500 kcal/m³. Se o gás é desumidificado e o CO
2
removido por
borbulhamento em solução alcalina, esse valor aumenta para 9000 kcal/m³.
Quanto à composição do biogás, segundo CAETANO (1991), o
metano e o dióxido de carbono são os responsáveis por mais de 95% do volume gasoso, onde
o CH
4
(metano) representa, via de regra, 60% e o CO
2
(dióxido de carbono) em média 40%.
Segundo FORESTI (1994), algumas das vantagens do tratamento
anaeróbio para resíduos orgânicos são as possibilidades de recuperação e utilização do gás
metano como combustível; o baixo consumo de energia, por não exigir a introdução forçada
de oxigênio no meio como os processos aeróbios e a baixa produção de lodo, estimada como
sendo inferior a 20% daquela apresentada por processos aeróbios convencionais.
2.2- Compostagem
A compostagem pode ser definida como uma decomposição aeróbia
controlada de substratos orgânicos em condições que permitem atingir temperaturas
suficientemente elevadas para o crescimento de microrganismos termofílicos.
De acordo com REIS et al (2004) a compostagem é definida como um
processo aeróbio de decomposição biológica e estabilização da matéria orgânica em condições
que permitam o desenvolvimento de temperaturas termofílicas (aproximadamente 60°C),
resultante de uma produção calorífica de origem biológica, com obtenção de um produto final
estável, higiênico, rico em compostos húmicos e cuja utilização, no solo, não ofereça riscos ao
meio ambiente.
De acordo com BIDONE (1995), o processo de compostagem pode
ser dividido em três fases: inicial, de 1 a 2 dias, onde os compostos solúveis (açúcares) são
decompostos; termofílica, onde são degradados principalmente celuloses e lipídeos; e de
estabilização, um período durante o qual ocorre um declínio de temperatura, diminuição na
taxa de decomposição e recolonização do composto por outros microrganismos.
22
Segundo TORTORA et al (2002), a compostagem é um processo
utilizado por jardineiros para converter resíduos de plantas em equivalente de húmus natural.
Uma pilha de folhas ou montes de grama podem ser uma compostagem, pois sofrem
degradação microbiana e têm condições favoráveis para as bactérias termofílicas atuarem e
aumentar a temperatura do composto para 55-60°C em poucos dias, e começar a
decomposição. Depois que a temperatura da pilha baixar o material orgânico pode ser revirado
novamente para renovar o oxigênio. Um segundo aumento de temperatura irá ocorrer até que
as populações microbianas termofílicas terminem a sua função de decomposição, sendo
substituídas por populações mesofílicas que continuam lentamente com a conversão para um
material semelhante ao húmus.
Segundo KIEHL (2002), considera-se, de maneira geral, a faixa ótima
de temperatura para compostagem aquela de 45°C a 65°C. Temperaturas acima de 65°C
tornam este processo menos eficiente, e acima de 70°C, por longo período, são
desaconselháveis por restringirem a ação dos microrganismos mais sensíveis, insolubilizar
proteínas hidrossolúveis, provocar alterações químicas indesejáveis e desprendimento de
amônia, se o material possuir baixa relação C/N. De acordo com o mesmo autor, a relação C/N
inicial deve estar entre 25/1 e 35/1, pois os microrganismos absorvem o carbono e o nitrogênio
sempre na relação C/N de 30 para 1.
Para MESQUITA e PEREIRA NETO (1992), a compostagem de
resíduos orgânicos é um dos métodos mais antigos de reciclagem, sendo este processo
resultado da decomposição biológica aeróbia do substrato orgânico, sob condições que
permitam o desenvolvimento natural de altas temperaturas, com formação de um produto
suficientemente estável para armazenamento e aplicação no solo.
A compostagem tem se apresentado como uma forma eficiente de
reciclar resíduos sólidos orgânicos. Segundo KIEHL (1979), a compostagem é um processo de
transformação de resíduos orgânicos em adubo humificado. O produto final da compostagem,
denominado composto, é definido como sendo um adubo preparado com restos de animais
e/ou vegetais. Quando bem caracterizado, permite-se que seja usado sem o risco de causar
danos às plantas, pois é um processo ambientalmente seguro e livre de patógenos. O emprego
23
da compostagem diminui o volume do lixo, contribuindo para aumentar a vida útil dos aterros
sanitários.
CRAVO et al. (1998) acreditam que o resíduo sólido urbano orgânico
das cidades pode se constituir em possível fonte de matéria orgânica para a agricultura. Os
autores avaliaram as características de compostos de resíduo sólido urbano de seis capitais
brasileiras e verificaram que os materiais analisados apresentaram teores médios de matéria
orgânica, C, N, P, K, Ca, Mg, e micro-nutrientes bastante variados e elevados, constituindo
assim, fontes alternativas de matéria orgânica para o solo e energia para as plantas. As
variações nos teores dos elementos, segundo estes mesmos autores, podem estar relacionados
com diferentes processos empregados pelas usinas de compostagem.
As análises do composto produzido na Unidade de Triagem e
Compostagem de Resíduos Sólidos do Município de Porto Alegre citado por REIS et al (2004)
apresentaram os seguintes resultados: umidade 32,49%; matéria orgânica 20,03%; NPK
1,46%; Relação C/N 11,97; Cálcio 2,28%; Magnésio 0,46 %; Boro 22,18 mg/kg; Zinco
185,24 mg/kg; Manganês 440,00 mg/kg; Sódio 1817,27 mg/kg; Ferro total 1,38 %;
Mercúrio 0,38 mg/kg; Chumbo 44,66 mg/kg; Cromo 15,67 mg/kg; Cádmio 1,09 mg/kg;
Níquel 13,14 mg/kg; Alumínio 1,03 %.
De acordo com BENINCASA (1997), em estudo realizado com o
resíduo sólido orgânico do CEASA de Ribeirão Preto, os teores de sólidos totais e voláteis no
processo de compostagem sofreram reduções de 85% e 87%, respectivamente, entre o início
do ensaio da compostagem (material “in natura”) e o final do ensaio (composto).
Para STRINGUETA et al. (1999), o resíduo sólido urbano orgânico
não é apenas um problema ambiental, pois pode constituir uma verdadeira jazida de matérias
primas e energia, além de ser um material potencialmente utilizável como substrato para
plantas.
2.3- Equivalência Energética
Para PIMENTEL (1980), a análise da eficiência energética de um
produto ou sistema de produção deve ser avaliada num contexto global: conteúdos
24
energéticos, nutricionais e sociais. E a determinação da melhor estratégia de gerenciamento
depende de uma análise multidisciplinar, visando o ponto de vista econômico, ecológico e
social. Segundo este mesmo autor, ao se conhecer o universo de custos e receitas (entradas e
saídas) sob o aspecto energético, a estimativa de energia consumida em qualquer sistema pode
ser encontrada através do poder calórico da matéria prima envolvida no processo.
O potencial energético autorizado para empreendimentos de geração
de energia elétrica, de acordo com a ANEEL, é de 1.376,5 MW, quando se consideram apenas
centrais geradoras que utilizam bagaço de cana-de-açúcar (1.198,2 MW), resíduo de madeira
(41,2 MW), biogás ou gás de aterro (20 MW) e licor negro (117,1 MW) (BUBU, 2005)
Estudos realizados por NOGUEIRA (1992) mostraram que os
sistemas anaeróbios são produtores de energia, o gás combustível (CH
4
), ao passo que os
sistemas aeróbios são consumidores de energia. Apesar desta afirmação, sabe-se que os
compostos orgânicos também são fontes ricas em energias, especialmente para as plantas.
Segundo NOGUEIRA (1986) e MOTTA (1986), a equivalência
energética do biogás em relação a outros energéticos é determinada levando em conta o poder
calorífico e a eficiência média de combustão.
Segundo AMAZONAS (1990) a equivalência energética na
substituição de adubo mineral por composto orgânico é de uma tonelada equivalente de
petróleo para cada 17 toneladas de composto orgânico utilizado. O calculo baseia-se na
obtenção da quantidade equivalente de nutrientes entre o composto e o adubo.
ENERGÉTICO
NOGUEIRA (1986) MOTTA (1986)
Gasolina (L) 0,61 0,7
Querosene (L) 0,62
Óleo Diesel (L) 0,55
GLP (kg) 1,43 0,4
Alcool (L) 0,8
Carvão Mineral (kg) 0,74
Lenha (kg) 3,5
Eletricidade (kWh) 1,25
25
De acordo com KIEHL (1985), dados relativos às perdas de potencial
energético no processo de compostagem em relação à matéria orgânica “in natura”,
representam 35% as perdas de origem gasosa, por adensamento da massa de fermentação e
30% as perdas pela retirada dos rejeitos após o peneiramento do composto orgânico.
2.4- Qualidade do Fertilizante Orgânico
Segundo KIEHL (2002) a qualidade dos fertilizantes orgânicos deve
estar de acordo com a legislação – Portaria nº 1 de 4 de março de 1983 – Especificações,
garantias e tolerâncias dos produtos, conforme o artigo 10. Aos resultados analíticos obtidos
serão admitidas tolerâncias em relação às garantias do produto, observados os seguintes
limites: Fertilizantes orgânicos: nitrogênio (N) total, pentóxido de fósforo (P
2
O
5
) e óxido de
potássio (K
2
O)- Até 10% (dez por cento) para menos, isoladamente; matéria orgânica- Até
10% (dez por cento) para menos; umidade – Até 10% (dez por cento) para mais: pH- Até 10%
(dez por cento) para menos e Relação C/N- Até 3,0 (três) unidades para mais.
O Departamento de Solos e Nutrição de Plantas – ESALQ- USP de
Piracicaba, no dia 22 de julho de 2004, avaliou o composto obtido a partir do resíduo sólido
urbano orgânico, cedido pela empresa CONSTROESTE IND. E COMERCIO LDA de São
José do Rio Preto, apresentando a seguinte composição: umidade natural - 5,04%, carbono
orgânico - 5,10%, nitrogênio total - 0,70%, fósforo (P
2
0
5
) - 16,96%, potássio (K
2
0) – 21,76%,
cálcio (Ca) - 21,76%, magnésio (Mg) - 0,42%, enxofre (S) - 0,30%, relação C/N (C total e N
total) - 8/1, cobre (Cu) - 150 mg/kg, manganês (Mn) - 1301 mg/kg, zinco (Zn) - 408 mg/kg,
ferro (Fe) - 89381 mg/kg, boro (B) - 7 mg/kg e sódio (Na) - 2703 mg/kg (dados com base na
matéria seca).
Estudos realizados por BENINCASA (1997) com o resíduo sólido
urbano orgânico do CEASA de Ribeirão Preto mostram a redução da quantidade de DQO,
para os dois substratos (LN, lixo in natura e LS, lixo pré-secado), que ficou em torno de 71%,
mostrando que houve diminuição do poder poluente. Quanto aos teores de macro e
26
micronutrientes do afluente e dos efluentes dos biodigestores, a diferença das quantidades de
macro (g/100g) e micronutrientes ( gg /
µ
) entre os mesmos foi expressiva conforme os dados
apresentados (Tabela 1).
TABELA 1. Teores de macro e micronutrientes e metais pesados, do afluente e efluente de
biodigestores
g / 100 gramas
µg / g
Sub
C N P K Ca Mg
S Cu Zn Mn Fe Cr Pb Cd Ni Na
Af
20,1
1,4 0,4 2,8 0,8 0,2 0,02
20,0
45,0
193,0
297,0
27,0
27,0
nd 10,0
597,0
ELN
15,9
2,2 0,1 1,6 0,2 0,7 0,3 0,1 0,4 0,3 0,5 nd nd nd nd nd
ELS
17,7
3,8 0,1 1,7 0,2 1,3 0,4 0,1 0,4 0,4 1,0 nd nd nd nd nd
Sub: substrato, Af: afluente, ELN: efluente do lixo in natura, ELS: efluente do lixo pré-secado e nd:
não detectado.
Fonte: BENINCASA (1997)
Segundo NOGUEIRA (1992) a diferença básica entre os sistemas
aeróbios e anaeróbios está na manutenção do conteúdo fertilizante dos resíduos orgânicos,
basicamente nitrogênio e fósforo. Enquanto o tratamento anaeróbio retém esses elementos, o
processo aeróbio reduz o teor dos mesmos.
27
3. MATERIAL E MÉTODOS
A pesquisa foi desenvolvida no Departamento de Engenharia Rural,
da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias – Campus de Jaboticabal, da Universidade
Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP.
O município de Jaboticabal localiza-se a 575 metros de altitude,
21
0
15’22’’S de latitude e 48
0
18’58’’W de longitude, apresentando clima subtropical úmido,
com precipitação média anual de 1400mm e temperatura média anual próxima de 21,5ºC.
O resíduo sólido urbano orgânico foi cedido pela CONSTROESTE
INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA - Divisão Ambiental, empresa privada, responsável pela
coleta dos resíduos domiciliares do município de São José do Rio Preto-SP, localizada na Rua
Lúcia Gonçalves Vieira Giglio, 3667, Distrito Industrial II – Dr Carlos Arnaldo Silva do
mesmo município.
3.1- Definição do experimento
Foram conduzidos ensaios de compostagem e biodigestão anaeróbia,
utilizando-se como substrato o resíduo sólido urbano orgânico coletado no município de São
José do Rio Preto – SP, avaliando-se as características químico-minerais e os rendimentos em
composto, biogás e biofertilizante obtidos durante os processos. Foram determinadas as
28
reduções de sólidos totais e voláteis, produções de biogás e qualidade do biofertilizante
durante a biodigestão anaeróbia, que foi conduzida com a utilização ou não de inóculo, e
parâmetros como temperatura, umidade, teores de nutrientes e redução de massa enleirada
durante a compostagem.
3.2- Tratamento do resíduo sólido orgânico no município de São José do Rio
Preto
O Município (Figura 1) confronta-se: norte- Ipiguá e Onda Verde; sul-
Cedral e Bady Bassit; leste- Guapiaçu; oeste- Mirassol. De acordo com a CONSTROESTE
INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA - Divisão Ambiental, localizada no município de São
José do Rio Preto-SP, responsável pelos serviços de coleta, transporte e tratamento dos
resíduos urbanos, a coleta é realizada em 100% do município. No perímetro urbano é feita
diariamente e na zona rural é efetuada de forma alternada. Cerca de 40% do resíduo coletado é
destinado ao Aterro Sanitário e 60% é destinado a usinas de reciclagens.
De acordo com a CONSTROESTE a quantidade de resíduo sólido
urbano gerado é de aproximadamente 350 toneladas/ dia, sendo que em torno de 50% desta
quantidade é material orgânico. O município possui uma usina de compostagem, onde a
separação dos materiais é feita por peneiração. Depois deste procedimento o material é
conduzido até um pátio de compostagem, onde são efetuados revolvimentos periódicos para a
aeração e a maturação de composto. O tratamento dos efluentes (chorume dos aterros e leiras)
ocorre por meio da adição de insumos químicos e aeração. As águas residuárias, provenientes
do tratamento, são reutilizadas na higienização da usina e para a jardinagem, para que ocorra
redução de DBO (demanda bioquímica de oxigênio) em torno de 95%.
29
Figura 1 – Localização do Município de São José do Rio Preto no Estado de São Paulo.
3.3- Ensaio de biodigestão anaeróbia
O resíduo sólido urbano orgânico coletado serviu como substrato no
abastecimento de biodigestores tipo batelada de campo (capacidade de 60 litros). Para tanto
foram alimentados 6 biodigestores, sendo utilizados somente água e resíduo sólido urbano
orgânico no abastecimento de três reatores. Foram utilizados água, resíduo sólido urbano
orgânico e inóculo (efluente de biodigestor modelo indiano, alimentado com esterco bovino e
aproximadamente 50 dias de retenção) para o preparo do substrato dos três reatores restantes.
Os biodigestores tipos batelada estão instalados no Departamento de
Engenharia Rural da FCAVJ/Unesp. As amostras dos dejetos foram colocadas nos
biodigestores, após diluição em água, procurando-se obter teor de sólidos totais inicial igual à
8%. Os biodigestores batelada apresentam capacidade útil de 60 litros de substrato em
30
fermentação e fazem parte de uma bateria de mini-biodigestores, descrita por ORTOLANI et
al. (1986). Estes equipamentos são constituídos por dois cilindros retos, um dos
quais,encontra-se inserido no interior do outro, de tal forma que o espaço existente entre a
parede externa do cilindro interior e a parede interna do cilindro exterior comporte um volume
de água que se convencionou denominar “selo de água”, atingindo profundidade de 480 mm.
A Figura 2 mostra detalhes de um biodigestor do tipo batelada. Uma campânula flutuante de
fibra de vidro, emborcada no selo de água, propicia as condições anaeróbias sob as quais se
desenvolve o processo de fermentação, além do armazenamento do gás produzido e conferir
pressão ao mesmo.
Os biodigestores são semi-subterrâneos, sendo que a superfície do solo
a sua volta será revestida por uma calçada de concreto com 5 cm de espessura. O cilindro
interior (câmara de fermentação) ficará em comunicação com uma vala de drenagem através
de um tubo de escoamento que será ligado ao fundo da câmara e serve para a limpeza.
31
FIGURA 2. Esquema dos biodigestores batelada de campo, medidas em mm. (Fonte:
ORTOLANI et al., 1986).
32
A influência da utilização de inóculo sobre o potencial energético e
qualidade do biofertilizante produzido foi avaliada pelo processo de biodigestão anaeróbia por
meio da produção de biogás, potenciais de produção, reduções nos teores de ST e SV e
qualidade do biofertilizante, com avaliação dos teores de N, P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Cr, Co,
Zn, Mn, Cd e Pb.
3.4-Ensaio de compostagem
Com o lixo coletado foram montadas três leiras, que foram
conduzidas em área coberta com lona plástica, piso de alvenaria e declividade de 2%. Foram
adotadas como medidas: 1,0 m para altura e 1,5 m para largura, com comprimento dependente
da quantidade de material enleirado.
Diariamente foram monitoradas a temperatura e a umidade das leiras
e semanalmente efetuadas pesagens; nesta ocasião foram feitos revolvimentos, avaliando-se os
teores de ST e SV, matéria orgânica compostável (MOC), matéria orgânica resistente a
compostagem (MORC), demanda química de oxigênio (DQO) e coletadas amostras para
quantificação dos teores de C, N, P, K, Ca, Mg, Na, Fe, Cu, Cr, Co, Zn, Mn, Cd e Pb.
3.5- Metodologias empregadas
3.5.1. Determinação dos teores de sólidos totais e voláteis
Os teores de sólidos totais, quantidade total de material sólido presente
nos dejetos, seja em solução ou suspensão; equivalente a matéria seca, das amostras coletadas
durante os ensaios de biodigestão anaeróbia e compostagem, foram determinados segundo
metodologia descrita por AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (1995).
33
Os teores de sólidos voláteis, quantidade de sólidos vaporizados
quando os dejetos são submetidos à combustão a 600°C, foram determinados com os materiais
secos obtidos após a determinação do teor de sólidos totais, conforme metodologia descrita
por AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (1995).
3.5.2. Abastecimento dos biodigestores
Os abastecimentos foram efetuados procurando-se obter substratos
com teor de ST em torno de 8%, conforme expressões citadas em LUCAS JR. (1994), ou seja:
MS
=
ES
+
INS
(I)
(ES + INS) =
K x W
100
(II)
Eu =
ES
ST
x 100 (III)
INC =
INS x 100
STIn
(IV)
W
=
Eu
+
INC
+
A
(V)
nas quais:
MS = matéria seca total (kg);
ES = massa seca do resíduo a ser adicionado no biodigestor (kg);
INS = massa seca do inóculo que deverá ser adicionado no afluente do biodigestor (kg);
K = porcentagem de sólidos totais que se pretende no afluente do biodigestor (%);
W = massa do substrato a ser colocado no biodigestor (kg);
Eu = massa do resíduo fresco a ser adicionado no biodigestor (kg);
34
ST = porcentagem de sólidos totais contidos no resíduo fresco (%);
INC = inóculo que deverá ser adicionado (kg);
STIn = porcentagem de sólidos totais contida no inóculo (%);
A = massa de água a ser adicionado no afluente do biodigestor (kg).
No dia do abastecimento dos biodigestores foram observados teores
de ST iguais a 44,97% e 6,05% para o lixo orgânico e inóculo, respectivamente, dos quais
58,83% e 71,03% eram voláteis.
Na Tabela 2 estão apresentadas as quantidades utilizadas de água, lixo
e inóculo para obtenção dos substratos.
TABELA 2. Componentes dos substratos e teores de sólidos totais e voláteis no abastecimento
de biodigestores batelada com lixo orgânico.
H
2
O (kg)
Lixo (kg)
Inóculo (kg)
ST (%) ST (kg)
SV (%) SV (kg)
Sem inóculo
47,00 13,00 - 5,85 3,51 4,15 2,49
Com inóculo
34,00 13,00 13,00 6,63 3,98 4,31 3,75
Depois de calculadas as quantidades descritas de água, resíduo e
inóculo, as misturas foram homogeneizadas com a utilização de uma pá, propiciando assim
maiores condições de fermentação no interior dos biodigestores.
3.5.3. Determinação do volume de biogás
Os volumes de biogás produzidos diariamente foram determinados
medindo-se o deslocamento vertical dos gasômetros e multiplicando-se pela área da seção
transversal interna dos gasômetros, ou seja, 0,2827 m
2
. Após cada leitura os gasômetros eram
zerados utilizando-se o registro de descarga do biogás. A correção do volume de biogás para
as condições de 1 atm e 20
o
C foi efetuada com base no trabalho de CAETANO (1985).
35
3.5.4. Determinação do potencial de produção de biogás
O potencial de produção de biogás foi calculado utilizando-se os
dados de produção diária e as quantidades de resíduos sólidos urbano orgânicos “in natura”, de
substrato, de sólidos totais e de sólidos voláteis adicionados nos biodigestores, além das
quantidades de sólidos voláteis reduzidos durante o processo de biodigestão anaeróbia. Os
valores foram expressos em m
3
de biogás por kg de substrato, de resíduo ou de sólidos totais e
voláteis.
3.5.5. Digestão para quantificação de minerais
As amostras coletadas durante o desenvolvimento dos ensaios de
biodigestão anaeróbia e compostagem foram pré-secadas a 60º C, em estufa de circulação
forçada de ar, por 48 horas. A seguir foram finamente moídas, em moinho de facas, e então
utilizadas para a digestão da matéria orgânica.
Para a digestão utilizou-se o digestor Digesdahl Hach, que promove a
digestão total da matéria orgânica à base de ácido sulfúrico (H
2
SO
4
) e peróxido de hidrogênio
(H
2
O
2
) a 50%.
Com este extrato foi possível a determinação dos teores de
Nitrogênio, Fósforo, Potássio, Cálcio, Magnésio, Cobre, Ferro, Manganês, Zinco, Sódio,
Cromo, Chumbo, Níquel e Cádmio, segundo BATAGLIA et al. (1983).
O nitrogênio foi determinado conforme metodologia descrita por
SILVA (1981). Os teores de fósforo foram determinados pelo método colorimétrico
utilizando-se espectrofotômetro HACH modelo DR-2000.
As concentrações de potássio, cálcio, magnésio, cobre, ferro,
manganês, zinco, sódio, cromo, chumbo, níquel e cádmio foram determinadas em
espectrofotômetro de absorção atômica modelo GBC 932 AA.
36
3.5.6. Determinação dos teores de carbono orgânico
A partir das amostras coletadas nas leiras de compostagem foram
quantificado os teores de C orgânico, cuja análise fundamenta-se no fato de a matéria orgânica
oxidável ser atacada pela mistura sulfocrômica, utilizando-se o próprio calor formado pela
reação do dicromato de potássio com o ácido sulfúrico como fonte calorífica. O excesso de
agente oxidante, que resta deste ataque, é determinado por titulação com sulfato ferroso.
Segundo KIEHL (1985), o método oferece a vantagem de não oxidar a fração de matéria
orgânica não decomponível durante o processo de compostagem.
As concentrações de matéria orgânica compostável (MOC), matéria
orgânica resistente a compostagem (MORC) e DQO (demanda química de oxigênio) foram
estimadas segundo proposto por KIEHL (1985).
3.5.7. Equivalência energética
A partir de dados coletados nas análises dos dois processos
compostagem e biodigestão anaeróbia, foram feitos cálculos de equivalências energéticas,
através de proporcionalidades e da produção de fertilizante.
37
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1-Digestão Anaeróbia
4.1.1. Teores de sólidos totais e voláteis
Na Tabela 3 são apresentados os teores médios, em kg e porcentagem
dos sólidos totais e sólidos voláteis, no inicio e final do experimento com suas respectivas
reduções para o resíduo sólido urbano orgânico (LU) e para o resíduo sólido urbano orgânico
com inoculo (LU+IN).
Tabela 3. Teores de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis (SV), em kg e %, no início e final do
processo para substratos sem inóculo (LU) e com inóculo (LU+IN) e as reduções
dos ST e SV.
Inicial Final Redução (%)
ST (%)
ST (kg)
SV (%)
SV (kg)
ST (%)
ST (kg)
SV (%)
SV (kg) ST SV
LU
5,85 3,51 4,15 2,49 2,43 1,46 1,27 0,76 58,43A
69,33A
LU + IN
6,63 3,98 4,31 3,75 3,28 1,97 2,12 1,27 50,54B
66,06B
Médias seguidas de letras distintas, na linha, diferem entre si pelo teste de Tukey (P<0,05).
Os resultados demonstraram que a adição de inóculo na composição
dos substratos proporcionou menores reduções nos teores de ST e SV, o que provavelmente
está associado à maior resistência da fração orgânica contida no inóculo, em comparação com
o resíduo sólido urbano orgânico. Neste sentido GORGATI (1996) verificou que quando
38
aumentou a porcentagem de 5% inóculo em substratos contendo lixo “in natura” para 10%, as
reduções dos teores de ST e SV foram inferiores.
A redução de sólidos totais e sólidos voláteis em relação ao estudo
feito por CAETANO (1991) em estrumes bovinos e esterco de aves, foi intermediária, pois o
resíduo sólido urbano orgânico (LU) apresentou uma redução de 58,43% de ST e 69,33% de
SV e o resíduo sólido urbano orgânico com inóculo (LU + IN) 50,54% de ST e 66,06% de SV,
enquanto que o estrume de bovino apresentou 53,0% de ST e 57,6% de SV e o esterco de aves
75,21% de ST e 80,33% de SV.
4.1.2. Produção de biogás
Os resultados de produção de biogás obtidos com a digestão anaeróbia
de substrato preparado com resíduo sólido urbano orgânico ou resíduo sólido urbano orgânico
+ inóculo estão apresentados na Tabela 4 e representados graficamente na Figura 3,
demonstrando a distribuição da produção de biogás e o acumulado desta produção,
respectivamente.
39
Tabela 4. Produções médias semanais (m³) de biogás obtidas em biodigestores anaeróbios(1, 2 e 3)
abastecidos com resíduo sólido urbano orgânico (LU) e resíduo sólido urbano orgânico + inoculo (LU
+ IN).
LU LU + IN
Semanas 1 2 3 Média 1 2 3 Média
1 0,13463 0,09874 0,10515 0,11284 0,19454 0,18563 0,18177 0,18731
2 0,04688 0,09308 0,06113 0,06703 0,01275 0,00872 0,01429 0,01192
3 0,00603 0,00178 0,00097 0,00293 0,00984 0,00641 0,01118 0,00914
4 0,00603 0,00178 0,00097 0,00293 0,00984 0,00641 0,01118 0,00914
5 0,00603 0,00178 0,00097 0,00293 0,00984 0,00641 0,01118 0,00914
6 0,00603 0,00178 0,00097 0,00293 0,04075 0,03383 0,04349 0,03936
7 0,00603 0,00178 0,00097 0,00293 0,07447 0,01490 0,06080 0,05006
8 0,00603 0,00178 0,00097 0,00293 0,08420 0,03473 0,10116 0,07336
9 0,01246 0,00178 0,00097 0,00507 0,10307 0,07849 0,10911 0,09689
10 0,02117 0,01446 0,00214 0,01259 0,19416 0,14393 0,14485 0,16098
11 0,03471 0,03296 0,01724 0,02830 0,19164 0,19603 0,20896 0,19888
12 0,14338 0,12569 0,03681 0,10196 0,15355 0,25013 0,18056 0,19475
13 0,13173 0,15049 0,12246 0,13489 0,07759 0,10754 0,09207 0,09240
14 0,17496 0,15522 0,03463 0,12160 0,10265 0,08712 0,13391 0,10789
15 0,16527 0,17191 0,08803 0,14174 0,11218 0,08266 0,12540 0,10675
16 0,13236 0,14307 0,16963 0,14836 0,09013 0,10029 0,09607 0,09549
17 0,05952 0,09480 0,17582 0,11005 0,08304 0,10011 0,07826 0,08714
18 0,07080 0,05565 0,16449 0,09698 0,06802 0,09630 0,05141 0,07191
19 0,07535 0,06957 0,06819 0,07104 0,03566 0,05728 0,02913 0,04069
20 0,07246 0,08370 0,05187 0,06934 0,02400 0,03435 0,02367 0,02734
21 0,06001 0,07401 0,05223 0,06208 0,01598 0,02363 0,01760 0,01907
22 0,05283 0,06461 0,06415 0,06053 0,01545 0,02267 0,01645 0,01819
23 0,04898 0,05790 0,07818 0,06169 0,01402 0,01982 0,01537 0,01640
24 0,04891 0,05346 0,07366 0,05867 0,01020 0,01359 0,00665 0,01014
25 0,03774 0,04116 0,05340 0,04410 0,00814 0,00908 0,00498 0,00740
26 0,02754 0,03059 0,03955 0,03256 0,00693 0,00775 0,00404 0,00624
27 0,02324 0,02508 0,04703 0,03178 0,00581 0,00801 0,00096 0,00493
28 0,01980 0,02115 0,05031 0,03042 0,00599 0,01111 0,00000 0,00570
29 0,01564 0,01623 0,03325 0,02171 0,00439 0,00750 0,00000 0,00396
30 0,01294 0,01357 0,02122 0,01591 0,00361 0,00429 0,00000 0,00263
31 0,01163 0,01322 0,01757 0,01414 0,00441 0,00438 0,00000 0,00293
32 0,01119 0,01144 0,01582 0,01282 0,00489 0,00489 0,00122 0,00367
33 0,01093 0,01039 0,01480 0,01204 0,00518 0,00520 0,00194 0,00410
34 0,00890 0,00747 0,00636 0,00758 0,00438 0,00178 0,00066 0,00227
Total (m³)
1,70 1,74 1,67 1,71A 1,78 1,77 1,78 1,78A
Médias seguidas de letras distintas, na linha, diferem entre si pelo teste de Tukey (P<0,05).
40
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
semanas
m³ de biogás
LU
LU+IN
Figura 3 . Distribuição média diária da produção de biogás para os biodigestores abastecidos
com lixo urbano (LU) e lixo urbano + inoculo (LU+IN).
De acordo com os resultados obtidos se verifica que não houve efeito
da adição de inóculo sobre a produção total de biogás, sendo a média de produção de 1,71 e
1,78 m³ de biogás, em biodigestores abastecidos com lixo urbano e lixo urbano + inóculo,
respectivamente. No entanto, se observa (Figura 3) que ocorreu antecipação na produção de
biogás quando se adicionou inóculo ao substrato, o que se mostra de significativa importância
para a redução do período de retenção dos substratos no interior dos biodigestores, verificando
que o início da produção efetiva do biogás para os biodigestores alimentados com lixo urbano
se deu com 70 dias e o pico de produção aos 120 dias. Já quando se adicionou inoculo, o início
da produção foi aos 42 dias e o pico aos 84 dias.
4.1.3. Potenciais de produção de biogás
Os potenciais de produção de biogás obtidos com a digestão
anaeróbia de substrato preparado com lixo urbano ou lixo urbano + inóculo estão apresentados
41
na Tabela 5 em m³/kg de sólidos totais adicionado, m³/kg de sólidos voláteis adicionado,
m³/kg de sólidos voláteis reduzido e m³/kg de lixo orgânico.
Tabela 5. Potenciais de produção total de biogás em m³/kg de substrato adicionado, m³/kg de
sólidos totais adicionado, m³/kg de sólidos voláteis adicionado, m³/kg de sólidos voláteis
reduzido e m³/kg de lixo orgânico adicionado no resíduo sólido urbano orgânico (LU) e no
resíduo sólido urbano orgânico com inoculo (LU + IN)
m³ de biogás
kg
substrato
kg
ST adicion.
kg
SV adicion.
kg
SV reduzido
kg
resíduo adicion.
LU 0,029A 0,49A 0,69A 0,99A 0,13A
LU+IN
0,030A 0,45A 0,47B 0,72B 0,14A
Médias seguidas de letras distintas, na coluna, diferem entre si pelo teste de Tukey (P<0,05).
Observa-se que o potencial do resíduo sólido urbano orgânico (LU) de
São José do Rio Preto na produção de biogás em m³/kg de resíduo sólido urbano orgânico
adicionado (0,13 e 0,14 m³/kg para LU e LU + IN, respectivamente) está dentro dos
parâmetros obtidos por GORGATI (1996), que obteve variação de 0,1033 a 0,1395 m³ de
biogás/kg de resíduo sólido urbano orgânico.
Em relação ao parâmetro produção de biogás por kg de SV adicionado
se verifica o maior rendimento de biogás quando foi utilizado somente o resíduo sólido urbano
orgânico na composição dos substratos, visto que a adição de inóculo pode ter comprometido
a qualidade da fração orgânica, pois o inóculo se caracteriza por ser um produto previamente
fermentado e, portanto, com o conteúdo de SV mais resistente à degradação. Comportamento
semelhante foi observado ao se verificar a produção de biogás por kg de SV reduzido,
indicando que a fração volátil degradada nos biodigestores que receberam inóculo na
composição dos substratos proporcionou menor eficiência na produção de biogás, em média
0,72 m³ de biogás/kg de SV reduzido, em comparação com a condição sem o emprego de
inóculo, que foi de 0,99 m³ de biogás/kg de SV.
42
4.1.4. Características químicas dos biofertilizantes obtidos
Os efluentes foram analisados quanto aos teores de N, P, K, Na, Ca,
Mg, Mn, Zn, Fe, Co, Cu, Cr, Ni e Cd, após a fermentação dos biodigestores. Os resultados
estão apresentados na Tabela 6.
Tabela 6. Teores de macro e micro nutrientes e metais pesados do efluente dos biodigestores
com e sem inoculo.
g/100g
µg/100g
N P K Na Ca Mg
Mn Zn Fe Co Cu Cr Ni Cd
Média LU 0,01
0,18
2,14
1,73
0,61
0,57
20,02
41,35 225,69
8,00 8,29 5,42 n/d
n/d
Média LU+IN
0,02
0,25
2,32
1,47
0,55
0,54
27,48
51,63 252,56
10,12
10,43
6,63 n/d
n/d
n/d-não detectado
Os resultados demonstram que com exceção do Na, Ca e Mg, houve
maior concentração de nutrientes nos efluentes dos biodigestores em que se adicionou inóculo
aos substratos. Este fato provavelmente se deva às significativas concentrações de nutrientes
no inóculo, já que nos biodigestores em que foi adicionado, substituiu parte da água
empregada na diluição dos substratos, colaborando assim para o enriquecimento do meio e
conseqüentemente melhoria do produto final.
Observa-se ainda que não foram detectadas concentrações de Ni e Cd,
o que indica que o biofertilizante não apresenta restrições para a utilização quanto ao conteúdo
destes elementos na composição.
4.2-Compostagem
São apresentados nos itens seguintes os resultados obtidos
considerando-se a temperatura, os teores de carbono, N, sólidos totais, voláteis.
43
4.2.1. Temperaturas das Leiras
Os resultados representados Figura 4 se referem às temperaturas
médias semanais das leiras de compostagem formadas a partir do resíduo sólido urbano
orgânico.
Figura 4. Temperaturas médias semanais das leiras de compostagem formadas a partir do
resíduo sólido urbano orgânico.
Durante os primeiros 30 dias de compostagem foram verificadas
temperaturas acima de 40º C no interior das leiras, evidenciando a importância desta fase
sobre a redução e/ou eliminação de patógenos. Verifica-se que a partir da quarta semana de
compostagem ocorreram temperaturas abaixo de 40º C. No entanto, após dez semanas de
enleiramento, houve novo aumento da temperatura no interior das pilhas, evidenciando-se que
além dos benefícios em relação à descontaminação do material, a elevação da temperatura
pode auxiliar na degradação de frações mais resistentes, como as fibras, por exemplo.
KIEHL (2002) considera a faixa ótima de temperatura para
compostagem aquela de 45°C a 65°C. Temperaturas acima de 65°C tornam este processo
menos eficiente, e acima de 70°C, por longo período, são desaconselháveis por restringirem a
ação dos microrganismos mais sensíveis, insolubilizar proteínas hidrossolúveis, provocar
0
20
40
60
80
0 5 10 15 20 25
semanas
temperatura (ºC)
44
alterações químicas indesejáveis e desprendimento de amônia, se o material possuir baixa
relação C/N.
4.2.2. Rendimento na Produção de Composto
Na Tabela 7 é apresentado o rendimento do composto obtido com
base na matéria seca.
Tabela 7. Rendimento de composto das leiras conduzidas, em porcentagem, nos 150 dias.
Dias MS inicial (kg) MS final (kg) Rendimento (%)
150 989,34 410,77 41,52
O valor do rendimento obtido (41,52%) mostrou-se equivalente aos
quantificados por GORGATI (1996), que foi de 40% de composto a partir da compostagem da
fração orgânica do resíduo sólido urbano, também de São José do Rio Preto.
Considerando-se que a quantidade média de fração orgânica
produzida diariamente de resíduo sólido urbano é de 175 toneladas, tendo como média um
rendimento de 41,52% de composto, seria possível a produção de 72 toneladas de composto
diariamente.
4.2.3. Teores de Carbono, Nitrogênio, Sólidos Totais, Sólidos Voláteis,
Matéria Orgânica Compostável, Matéria Orgânica Resistente a Compostagem e
Demanda Química de Oxigênio.
Os resultados obtidos na formação das leiras de compostagem, aos 30,
60, 90, 120 e 150 dias (final) de enleiramento, estão apresentados na Tabela 8, em quantidades
45
de matéria natural e seca, teores de sólidos totais e redução de matéria seca. A Figura 5
representa a redução de massa seca ao longo da compostagem.
Tabela 8. Quantidades (em kg) de matéria natural e seca, % de sólidos totais e voláteis e
redução da quantidade de MS, aos 0, 30, 60, 90, 120 e 150 dias de formação das
leiras de compostagem, a partir do resíduo sólido urbano orgânico.
Dias MN (kg) ST (%) SV (%) MS (kg) Redução MS (%)
0 2200,0 44,97 58,83 989,34 -
30 1200,0 65,84 47,06 790,08 20,1
60 1200,0 60,50 43,53 726,00 26,6
90 1082,5 63,10 42,80 683,04 31,0
120 1100,0 58,46 40,82 643,06 35,0
150 597,4 68,76 29,24 410,77 58,5
y = -3,2161x + 948,25
R
2
= 0,9081
0
200
400
600
800
1000
0 30 60 90 120 150
dias
Kg
MS (kg) Linear (MS (kg))
Figura 5 .Redução de massa seca enleirada, durante a compostagem do resíduo sólido urbano
orgânico.
Conforme a Tabela 8 e a Figura 5, observa-se redução da massa seca
enleirada da ordem de 58,5%, sendo a equação que determinou as reduções obtidas igual a
46
y = -3,2161x + 948,25 com R² = 0,9081. Esta equação pode ser utilizada no dimensionamento
de pátios de compostagem.
Os teores de C, N, relação C:N, matéria orgânica compostável
(MOC), matéria orgânica resistente a compostagem (MORC) e demanda química de oxigênio
(DQO) contidos no material de formação das leiras de compostagem, aos 30, 60, 90, 120 e 150
dias (final) de enleiramento, estão apresentados na Tabela 9.
Tabela 9. Teores de carbono e nitrogênio, relação C:N, matéria orgânica compostável (MOC),
matéria orgânica resistente a compostagem (MORC) e demanda química de
oxigênio (DQO) aos 0, 30, 60, 90, 120 e 150 dias da compostagem do resíduo
sólido urbano orgânico
Dias % C %N C:N MOC (%) MORC (%)
DQO (mg O
2
/g)
0 24,47 1,09 22,52 44,05 36,31 652,36
30 21,58 1,54 13,99 38,84 33,08 575,26
60 20,91 1,68 12,45 37,64 31,08 557,47
90 20,47 1,67 12,26 36,84 30,54 545,61
120 18,46 1,82 10,15 33,23 30,67 492,23
150 14,46 1,95 7,41 26,03 21,83 385,48
Conc (%)
-40,9 79,5 -67,1 -40,9 -39,9 -40,9
De acordo com os resultados foram observadas reduções de 58,5%
nas quantidades de massa seca enleirada e de 40,9% nos teores de carbono orgânico, matéria
orgânica compostável e demanda química de oxigênio. Houve concentração nos teores de
nitrogênio, ao compararem-se os conteúdos no material inicial e no composto.
Os resultados obtidos no que se refere à relação carbono e nitrogênio
estão de acordo com os estudos realizados por KIEHL (2002), pois segundo este autor, um
composto curado deve ter em média 300 mg O
2
/g de amostra. Conforme a Tabela 9 o
composto do lixo urbano analisado tem 385,48 mg O
2
/g. Supõe então que este composto está
curado.
A relação C/N e a DQO de uma amostra tem uma perfeita relação.
Isto se explica pelo fato de na compostagem ocorrer uma perda de carbono e reciclagem do
47
nitrogênio que não se perde, por isso à medida que a relação C/N do composto vai abaixando,
a DQO também abaixa. Isto ocorreu conforme a Tabela 9. Significa que a compostagem foi
corretamente conduzida, segundo KIEHL (2002).
Os valores médios de C/N variam entre 11-13, segundo CRAVO et
al.(1998), determinado em compostos de resíduo sólido urbano orgânico obtido em várias
usinas de compostagem brasileiras e os valores obtidos no resíduo sólido urbano orgânico
podem ser considerados abaixo do recomendado, pois com 150 dias o valor foi de 7,41.
Na Tabela 10 são apresentados os teores de macro e micro nutrientes,
na qual se observa que depois de 150 dias os teores de metais pesados como Cádmio (Cd) não
foi detectado, Níquel (Ni) não foi detectado, Chumbo (Pb) não foi detectado. Isto é
considerado um fator positivo, pois indica que este composto tem toxicidade baixa em relação
a esses elementos e segundo KIEHL(2002) no Brasil não existem ainda pesquisas, levando em
conta a determinação do nível crítico de metais pesados para diferentes tipos de solo. Não se
pode aplicar as escalas européias, pois os solos daquela região são solos de clima frio e solos
rasos.
Tabela 10. Teor de macro e micro nutrientes e metais pesados do Processo de Compostagem
no Composto.
g/100 gramas de MS
µg / 100 gramas de MS
Dias
N P K Na Ca Mg
Mn Zn Fe Co Cu Ni Cd Pb
0
1,09 0,16
0,82
0,53 0,46
0,25
18,43 14,90
291,31 8,87 6,97 n.d.
n.d.
n.d.
30
1,54 0,15
1,09
0,68 0,66
0,27
18,50 21,09
283,96 8,56 11,18 n.d.
n.d.
n.d.
60
1,68 0,16
1,31
0,83 0,81
0,37
21,90 33,09
285,12 9,46 29,08 n.d.
n.d.
n.d.
90
1,67 0,23
1,25
0,83 0,84
0,41
24,68 32,11
295,33 8,96 20,97 n.d.
n.d.
n.d.
120
1,82 0,19
1,11
0,73 0,82
0,44
29,34 36,49
323,69 10,22 25,09 n.d.
n.d.
n.d.
150
1,95 0,28
1,05
0,71 0,88
0,45
30,18 36,88
324,50 10,11 20,88 n.d.
n.d.
n.d.
n.d.-não detectado
48
4.3-Equivalência energética entre os processos de biodigestão anaeróbia e de
compostagem
Tabela 11. Potencial Energético, Material Flutuante e Perdas ou Rejeitos (plásticos , metais)
do LU (resíduo sólido urbano orgânico) de São José do Rio Preto através da biodigestão
anaeróbia e compostagem
LU BIODIGESTÃO ANAERÓBIA COMPOSTAGEM
(t/ano)
Material
flutuante
Biogás
m³/ano
Biogás
(tep/ano)
Perdas
Rejeitos
Composto
(t/ano)
Composto
(tep/ano)
63 875
18,79%
8,5 milhões
2 796,85
30,96%
26 280 1 545,88
Segundo AMAZONAS (1990) a equivalência energética na
substituição de adubo mineral por composto orgânico é de uma tonelada equivalente de
petróleo para cada 17 toneladas de composto orgânico utilizado. O cálculo baseia-se na
obtenção da quantidade equivalente de nutrientes entre o composto e o adubo. Conforme a
Tabela 11 a produção do composto foi de 26 280 t/ano equivalendo a 1 545,88 tep/ano.
Segundo CAMPANI (1996), estudos realizados com o Lixo
Domiciliar de Porto Alegre, em um ano 181.185,6 toneladas de resíduos sólidos urbanos
poderiam produzir 44.023,2 toneladas de composto e 4.685,17 tep/ano de biogás. De acordo
com a Tabela 11, o resíduo sólido urbano orgânico de São José do Rio Preto segue os mesmos
parâmetros tendo uma produção de 26 280 t/ano de composto para 63 875 toneladas de lixo
urbano e 2 796,85 tep/ano de biogás ou 8,5 milhões de m³/ano de biogás.
Através das informações contidas na Tabela 11 pode-se estimar a
equivalência do potencial energético, onde o biogás tem aproximadamente 2 796,85 tep/ano
e o composto tem 1 545,88 tep/ano. Pode-se deduzir que, em relação ao tep/ano, o processo de
biodigestão anaeróbia tem mais potencial que o processo de compostagem.
Os materiais flutuantes (plásticos e outros equivalentes) contidos na
Tabela 11 significam que não são degradáveis através da biodigestão anaeróbia.
49
As perdas ou rejeitos (plásticos, seus derivados e metais) no processo
de compostagem são na ordem de 30,96%, conforme Tabela 11, mostrando-se que há muito
material de difícil decomposição para esse processo aeróbio.
Tabela 12. Quantidade de nutrientes: N(nitrogênio), P (fósforo) e K (potássio) em relação a
MS (Massa Seca) no processo de compostagem do resíduo sólido urbano orgânico.
MS N P K
100 gramas 1,95g 0,28g 1,05g
79 toneladas 1 540,5kg 221,2kg 829,5kg
De acordo com a Tabela 12, pode-se verificar que se a produção diária
de LU for de 79 toneladas de MS, como é o caso de São José do Rio Preto, tem-se um valor
significativo em relação aos nutrientes N - 1 540,5kg, P - 221,2kg e k - 829,5kg. Pode-se
estudar a viabilidade de se usar este composto em relação ao fertilizante mineral.
Tabela 13. Quantidade de nutrientes: N(nitrogênio), P (fósforo) e K (potássio) em relação a
produção diária de LU(resíduo sólido urbano orgânico) no processo de biodigestão anaeróbia.
LU N P K
0,02 kg 0,02g 0,25g 2,32g
175 toneladas 175kg 2 187,5kg 20 300kg
Na Tabela 13 são apresentados dados referentes à produção de
nutrientes N, P e K no processo de biodigestão anaeróbia para 100 gramas de substrato onde,
21,66g ou 0,02 kg eram de LU. Portanto, para uma produção diária de 175 toneladas de
resíduos sólidos urbanos, tem-se N –175kg, P - 2 187,5kg e K - 20 300kg.
Comparando-se os dois processos (Tabela 12 e 13) o composto tem
maior produção de N(nitrogênio) que o biofertilizante, enquanto que em relação aos nutrientes
P(fósforo) e K(Potássio) o biofertilizante tem maior produção.
A viabilidade da utilização do composto ou do biofertilizante vai
depender do tipo de cultura a ser utilizado.
50
5. CONCLUSÃO
Os estudos de compostagem e digestão anaeróbia realizados com
resíduo sólido urbano orgânico do município de São José do Rio Preto demonstraram um
potencial energético expressivo e importante para as atividades agrícolas no que se relaciona
ao composto, ao biofertilizante e ao biogás.
Alguns parâmetros analisados demonstraram que:
- A produção de biogás do resíduo sólido urbano orgânico de São José
do Rio Preto foi da ordem de 0,13m³/kg para o resíduo sólido urbano orgânico sem inóculo e
0,14 m³/kg com inóculo.
- O potencial de biogás em um ano é em torno de 8,5 milhões de m³
para uma produção de resíduo sólido urbano de São José do Rio Preto-SP, de 63 875 ton/ano e
a produção de composto é de 26 280 t/ano para a mesma quantidade de resíduo sólido urbano
- O composto tem uma produção maior de N (nitrogênio) que o
biofertilizante, enquanto que em relação aos nutrientes P (fósforo) e K (Potássio) o
biofertilizante tem maior produção.
- Sugere-se melhorar a conscientização da população no que se refere à
separação dos materiais contidos no resíduo sólido urbano orgânico, para que não haja tantos
rejeitos como se constatou uma perda de 30,96%, no processo de compostagem, de materiais
que poderiam estar sendo utilizados na reciclagem se fossem mais bem separados e de 18,79%
de materiais flutuantes no efluente da biodigestão anaeróbia.
51
- Sugere-se a execução de pesquisa voltada à viabilidade econômica
relacionada com a biodigestão anaeróbia e compostagem.
52
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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