A produção de resíduos orgânicos tem aumentado em anos recentes e uma alternativa para o seu aproveitamento é o processo de compostagem, no qual se desenvolvem reações bioquímicas para estabilização do material que estão diretamente associadas com a humificação da matéria orgânica. Considerando a complexidade das transformações no processo de humificação e a importância de se conhecer com maior precisão estas reações e as características dos materiais gerados, foi proposto neste trabalho um estudo detalhado do processo de compostagem. A combinação de métodos convencionais e técnicas espectroscópicas permitiu o monitoramento contínuo da compostagem, de diferentes resíduos orgânicos. Para execução dos experimentos foram montadas 6 leiras (L) de 3,6 m3 com os seguintes resíduos: poda de árvores, esterco bovino fresco, bagaço de laranja, torta de filtro e solução de ácido pirolenhoso (como possível catalisador do processo). O monitorado foi realizado por 7 meses com medidas diárias de temperatura, controle semanal do teor de umidade e coletas mensais das amostras para extração de ácidos húmicos e análises químicas. Foram observadas as fases típicas da temperatura em todas as leiras, exceto na L1 (constituída apenas de poda de árvores). Na fase termofílica a temperatura atingiu os 60 o C e esta fase permaneceu por, aproximadamente, 90 dias. Este também foi o tempo necessário para a estabilização da relação da capacidade de troca catiônica pelo teor de carbono do composto (CTC/C), que alcançou valores acima de 2,2 mmolc g-1 . As análises de macro e micronutrientes evidenciaram o potencial fertilizante dos compostos produzidos, cujos valores, para alguns elementos, estão acima dos limites exigidos pela Instrução Normativa no 23 do Ministério de Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Já nas análises espectroscópicas foram encontrados índices de estabilização a partir dos espectros de fluorescência de luz UV - Vis. Estes apresentaram boa correlação com a razão C/N e os radicais livres orgânicos do tipo semiquinona, detectados por Ressonância Paramagnética Eletrônica. As correlações dos índices com a razão C/N mostraram que este último parâmetro tem limitação para monitorar a compostagem, pois a partir de 60 dias a relação C/N estabiliza, ainda na fase termofílica do processo, enquanto que os índices espectroscópicos continuam variando, indicando que o processo não se estabilizou completamente. Dentre as informações obtidas por fluorescência, foi possível identificar reações de transformação de moléculas orgânicas mais simples para estruturas mais complexas, detectadas através da diminuição de intensidade das bandas de emissão em comprimentos de onda menores (em torno de 300 nm) com simultâneo aumento da intensidade em regiões de maiores comprimentos de onda (próximos de 400 nm). Este comportamento também foi observado nos espectros de absorção UV - Vis. A partir dos dados de Ressonância Magnética Nuclear (RMN de 13 C) foi possível evidenciar a decomposição de estruturas como carboidratos, polissacarídeos e grupos alquil, assim como um aumento das estruturas aromáticas, durante o processo de humificação. Assim através da combinação das análises por métodos convencionais e espectroscópicos foram propostos indicadores analíticos mais sensíveis para o monitoramento e a caracterização da compostagem de resíduos orgânicos. / The production of organic residues has increased in recent years and an alternative to their recycling is the composting process, where various biochemical reactions are developed for the material stabilization. These reactions are directly associated with organic matter humification. Considering the complexity of the transformations occurred during the humification process and the importance of knowing these reactions and the characteristics of the produced materials more precisely, this work has proposed a detailed study of the composting process. The combination of conventional methods and spectroscopic techniques allowed the continuous composting assessment and monitoring from different organic residues. Six piles (P) of 3.6 m3 were assembled using the following residues: garden trimming, fresh cattle manure, orange pomace, filter cake and pyroligneous acid solution (used as possible catalyst of the process). The process was monitored for 7 months with daily measurements of temperature, weekly moisture control and monthly collection of samples for humic acid (HA) extraction and chemical analyses. Typical phases of temperature in all piles were observed, except for P1 (composed only garden trimming). In the thermophilic phase the temperature reached 60 o C and this phase remained for about 90 days. This was also the time necessary for stabilization of cation exchange capacity and total carbon ratio (CEC/C), which reached values above of 2.2 mmolc g-1 . The macro- and micronutrient analyses showed the fertilizer potential of the produced composts. Concentration values for same elements are above those required by Normative Instruction number 23 of the Brazilian Ministry of Agriculture Livestock and Food Supply. As a result of the spectroscopic analyses, stabilization indices were obtained from fluorescence spectra of UV-Visible light. These indices showed good correlation with C/N ratio and with the semiquinone-type free radical, detected by Electron Paramagnetic Resonance (EPR). The correlation of the indices with C/N ratio showed that the latter parameter has limitation to monitor the composting, because after 60 days the C/N ratio stabilizes and this occurs during the thermophilic phase, while the spectroscopic indices continue to change, which is an indicative that the process was not completely stabilized. Among several observations by fluorescence of UV-Visible light it was possible to identify transformation reactions of simpler organic molecules to more complex structures, which were detected by decrease in emission band intensity in shorter wavelengths (near 300 nm) with simultaneous increase in band intensity in longer wavelengths (near 400 nm). This behavior was also observed in the UV - Visible absorption spectra. It was possible to show the decomposition of carbohydrate type structures, polysaccharides and alkyl groups and the increase in aromatic structures, by 13 C Nuclear Magnetic Resonance (13C NMR), during humification process of the organic residues. Therefore, more sensible analytic indicators were proposed for monitoring and characterization of the composting of organic residues through the combination of conventional and spectroscopic methods.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-14042008-153813 |
| Date | 10 December 2007 |
| Creators | Lucimar Lopes Fialho |
| Contributors | Ladislau Martin Neto, Debora Marcondes Bastos Pereira Milori, Maria Olimpia de Oliveira Rezende, André Henrique Rosa, Sergio da Costa Saab |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Química Analítica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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