Aceleração do Processo de Compostagem. Uma revisão
Rolan Roney Ressetti
1
*, Sandro Xavier de Campos
2
DOI: https://doi.org/10.35699/2447-6218.2020.20286
Resumo
A compostagem é uma das formas mais viáveis para o tratamento de resíduos orgânicos. Porém seu inconveniente é o tempo, a
demora que o processo convencional leva. Desta forma tem-se buscado maneiras de acelerar o processo de compostagem.
Existem processos que empregam aeração, aquecimento e agitação mecânica. Tais procedimentos tem se revelado eficientes,
porém necessitam de aparatos extras, o que encarece o processo. Devido aos maiores custos envolvidos em tais
procedimentos, os mesmos não serão levados em consideração neste estudo, visto que uma das maiores vantagens da
compostagem é justamente o seu baixo custo. São vários os procedimentos possíveis de acelerar o processo de compostagem.
Tais procedimentos podem ser divididos em: pré-tratamento, adição de co-substratos e mudanças no processo. A utilização de
biocarvão e de inóculos microbianos têm sido bastante eficientes na aceleração do processo de compostagem. A celulase, apesar
de ter sido citada como uma substância bastante viável para acelerar o processo, ainda não foi utilizada em muitos estudos com
esta finalidade.
Palavras-chave:
Compostagem. Aceleração da Compostagem. Biocarvão. Inoculantes. Celulase.
Acceleration of the Composting Process. A review
Abstract
Composting is one of the most viable ways to treat organic waste. However, its inconvenience is the time, the delay that the
conventional process takes. In this way, ways have been sought to speed up the composting process. There are processes that
employ aeration, heating and mechanical agitation. Such procedures have proven to be efficient, but require extra devices,
which makes the process more expensive. Due to the higher costs involved in such procedures, they will not be taken into
account in this study, since one of the greatest advantages of composting is precisely its low cost. There are several possible
procedures to speed up the composting process. Such procedures can be divided into: pre-treatment, addition of co-substrates
and changes in the process. The use of biochar and microbial inoculants have been very efficient in accelerating the composting
process. Cellulase, despite having been cited as a very viable substance to accelerate the process, has not been used in many
studies for this purpose.
Keywords:
Composting. Acceleration of Composting. Biochar. Inoculants. Cellulase.
1Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa, PR. Brasil
https://orcid.org/0000-0003-0924-2017
2Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa, PR. Brasil
https://orcid.org/0000-0002-7585-7573
*Autor para correspondência: rrressetti@hotmail.com
Recebido para publicação em 24 de abril de 2020. Aceito para publicação em 16 de julho de 2020
e-ISSN: 2447-6218 /
ISSN: 2447-6218. Atribuição CC BY.
CADERNO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
Agrarian Sciences Journal
2
Ressetti, R. R. et al.
Introdução
Um dos grandes problemas enfrentados atual-
mente pela humanidade é a geração de resíduos. Den- tre os
resíduos sólidos urbanos cerca de 50 a 60% são
constituídos
de resíduos orgânicos. Uma das alternativas mais viáveis para
estes resíduos é a sua biodecomposição, gerando um composto
para ser aplicado ao solo (Albrecht et al., 2011; Bustamante et
al., 2014; Jurado et al., 2014; Külcü; Yaldiz, 2014; Reyes-
Torres et al., 2018; Sundberg;
Navia, 2014; Wang et al.,
2016).
de líquidos, de vetores e de incômodos à comunidade;
adoção de medidas de isolamento e sinalização da área;
controle dos resíduos a serem tratados e da destinação final
ambientalmente adequada dos resíduos gerados.
É vedada a adição dos seguintes resíduos: resíduos
perigosos, de acordo com a Legislação e Normas Técnicas
Aplicáveis; lodo de estações de tratamento de efluentes de
estabelecimentos de serviços de saúde, de portos e
aeroportos; lodos de estações de tratamento de esgoto
sanitário quando classificado como resíduo perigoso.
Através deste processo de degradação microbio-
lógica ocorre a eliminação de patógenos, imobilização de
nutrientes que ficam disponíveis por mais tempo no solo e a
fixação de metais tóxicos (que têm seu efeito neutralizado,
ao menos temporariamente) gerando um composto para ser
empregado como adubo orgânico (Briški et al., 2012; Cosic
et al., 2013; Laschermes et al., 2012; Mehta et al., 2014;
Rashad; Saleh; Moselhy, 2010; Reyes-Torres et al., 2018;
Tandy et al., 2009; Wang et al., 2016).
O processo de compostagem passa naturalmente
por
um período de aquecimento denominado fase ter- mofílica,
onde os microrganismos termófilos degradam gorduras,
celulose, hemicelulose e lignina, ocorrendo uma intensa
degradação da matéria orgânica, com gran- de aumento de
temperatura e destruição de patógenos. Esta Resolução
também estabelece o período de tempo e
temperatura
necessários para a higienização dos resíduos: Para sistemas de
compostagem abertos que atingem uma
temperatura de 55°C o
período é de pelo menos 14 dias, para sistemas abertos que
chegam a 65°C é de 3 dias e para sistemas fechados que
atingem 60°C é de 3 dias.
Por meio da compostagem, resíduos poluentes or-
gânicos são degradados pela atividade de diversos micror-
ganismos, promovendo a decomposição de substâncias
tóxicas (Briški et al., 2012; Cosic et al., 2013; Lashermes et
al., 2012). Desta forma podem ser tratados diversos
substratos residuais (como resíduos sólidos orgânicos,
resíduos agrícolas e agroindustriais, lodo de esgoto, lodo
de
tratamento de resíduos industriais, fumo de cigarros
contrabandeados apreendidos, resíduos de tabaco, etc.)
transformando estes materiais poluentes e tóxicos em um
composto estabilizado, rico em substâncias húmicas, para ser
aplicado ao solo (Campos; Resseti; Zittel, 2014; Fialho et al.,
2010; Malakahmad et al., 2017; Piotrowska-Cyplik
et al.,
2013; Zittel et al., 2018).
A Instrução Normativa nº 25 de 23/07/2009, da
Secretaria de Defesa Agropecuária, do Ministério da
Agricultura, Pecuária e Abastecimento, que trata dos
fertilizantes orgânicos simples, mistos, compostos, or-
ganominerais e biofertilizantes destinados à agricultura,
estabelece que todo fertilizante orgânico composto, obtido
pela
separação da parte orgânica dos resíduos sólidos
domiciliares e sua compostagem, resultando em produto
de
utilização segura na agricultura, deve apresentar as
seguintes especificações: Umidade máxima de 50%; pH
mínimo igual a 6,5; nitrogênio total mínimo de 0,5%;
carbono orgânico mínimo igual a 15%; relação C/N equi-
valente a no máximo 20.
A Resolução nº 481 de 03 de outubro de 2017, do
Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA,
define
como
compostagem
o processo de decomposição
biológica
controlada dos resíduos orgânicos, efetuado por uma
população diversificada de organismos, em
condições
aeróbias e termofílicas, resultando em material
estabilizado,
com propriedades e características comple-
tamente diferentes
daqueles que lhe deram origem; sendo denominado
composto
o
produto estabilizado, oriundo do processo de compostagem,
podendo ser caracterizado como fertilizante orgânico,
condicionador de solo e outros
produtos de uso agrícola.
Aceleração da compostagem
A compostagem é uma das formas mais viáveis
para o tratamento de resíduos orgânicos. Porém seu
inconveniente é o tempo, a demora que o processo con-
vencional leva. Desta forma tem-se buscado maneiras de
acelerar o processo de compostagem.
Tanto para a compostagem em leiras como em
reatores existem processos que empregam aeração, aque-
cimento e agitação mecânica. Tais procedimentos tem se
revelado eficientes, porém necessitam de aparatos extras
para
realizarem a aeração, o aquecimento e a agitação mecânica,
o que encarece o processo (Jiang et al., 2015; Kasinski;
Wojnowska-Baryla, 2014; Onwosi et al., 2017; Reyes-Torres
et al., 2018).
De acordo com esta Resolução as unidades de
compostagem devem atender a requisitos de prevenção e
controle ambiental como a adoção de medidas para
minimizar lixiviados, emissão de odores e geração de cho-
rume; proteção do solo por meio da impermeabilização;
instalação de sistemas de coleta, manejo e tratamento dos
líquidos lixiviados gerados; implantação de sistema de
recepção e armazenamento de resíduos orgânicos in
natura garantindo o controle de odores, de geração
Jiang et al. (2015) estudando a produção rápida de
fertilizante orgânico por fermentação aeróbia dinâmica
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Aceleração do Processo de Compostagem. Uma revisão
a alta temperatura de resíduos alimentares, observaram
que
manter a matriz de compostagem em colisão contínua
e atrito,
sob uma temperatura relativamente alta, pode
acelerar
significativamente o progresso da compostagem.
Utilizando
um biorreator projetado de acordo com este processo
conseguiam obter um fertilizante orgânico em apenas 96
horas.
Zhang e Sun (2014) avaliaram os efeitos da
escolha de diferentes tamanhos de partículas (10, 15 e 25
mm de diâmetro) em seu estudo de co-compostagem de
resíduos verdes. Ao utilizarem partículas com 15 mm
constataram um aumento no conteúdo de nitrogênio total no
composto e uma redução na relação C/N em comparação
com o controle, provavelmente devido à maior degradação
da matéria orgânica e à manutenção
do teor de nitrogênio na
mistura. Neste estudo os autores
destacaram a importância de
selecionar um tamanho de partícula adequado para a
transformação de componen- tes recalcitrantes, como a
lignocelulose, uma vez que a exposição do interior das
partículas poderia ajudar na degradação da celulose,
reduzindo o tempo de processa-
mento. Assim sendo, é
necessário fragmentar previamente
os resíduos, para
homogeneizar e reduzir o volume do material, aumentando a
área de superfície, promovendo
a degradação das substâncias
recalcitrantes e permitindo a infiltração de água o que também
reduz a evaporação a partir da superfície. No entanto partículas
muito pequenas
podem formar uma massa que dificulte a
formação de poros. Esta estratégia contribui
simultaneamente para a degradação da matéria orgânica e a
redução do tempo de processamento.
Porém, devido aos maiores custos envolvidos
em
tais procedimentos, os mesmos não serão levados em
consideração neste trabalho, o qual buscará se ocupar de
procedimentos que não utilizem mecanismos adicionais
que
possam gerar o encarecimento do processo, visto que uma das
maiores vantagens da compostagem é justamente o seu baixo
custo (Albrecht et al., 2011; Bustamante et al.,
2014; Campos;
Resseti; Zittel, 2014; Jurado et al., 2014;
Külcü; Yaldiz, 2014;
Reyes-Torres et al., 2018; Sundberg;
Navia, 2014; Wang et
al., 2016; Zittel et al., 2018).
Segundo Reyes-Torres et al. (2018), em sua revi-
são
sistemática sobre compostagem, as estratégias mais
promissoras para melhorar o processo, as quais levaram com
sucesso à redução do tempo e conseguiram trans- formar
substâncias recalcitrantes em um produto final de alta
qualidade, foram:
O pré-tratamento químico mais comum é a adição
de
materiais alcalinos para correção de pH ácido para melhorar
o desenvolvimento microbiano (Haug, 1993;
Karnchanawong; Mongkontep; Praphunsri, 2017; Sun-
dberg; Jönsson, 2008).
pré-tratamento: tratamento inicial físico ou
químico, sendo mais comum o físico, visando a
redução do tamanho das partículas (trituração e
separação de frações dos resíduos);
adição de co-substratos: buscando alterações
energéticas (por exemplo, açúcar não refinado,
rocha fosfática, resíduos alimentares, cinzas volá-
teis), materiais de volume (por exemplo, biocar-
vão,
aparas de madeira) ou inóculo microbiano (por
exemplo, consórcios fúngicos);
De acordo com Sundberg e Jönsson (2008) o pH
do substrato e a produção de ácidos no início do processo
podem influenciar no aparecimento de certos grupos
microbianos que interferem na transformação da matéria
orgânica, sendo que a maior variabilidade de espécies
microbianas ocorre em pHs entre 5,5 e 8,0.
mudanças no processo: variações nos parâme- tros
operacionais (como aeração, temperatura e
compostagem bifásica), os quais, no entanto, geram
encarecimento do processo.
Karnchanawong, Mongkontep e Praphunsri (2017)
estudando o efeito do pré-tratamento de resí- duos verdes
por hidróxido de sódio e cinzas de biomassa de usinas
termoelétricas, no processo de compostagem, constataram
que a adição de 1 a 2% de NaOH e 6,2% de cinzas pode
melhorar a decomposição dos resíduos verdes reduzindo os
teores de lignina duas vezes mais que o controle. Porém
doses mais altas de material al- calino podem aumentar a
perda de nitrogênio devido à volatilização da amônia em pH
mais alto.
Pré-tratamento
Tratamento inicial para otimizar o processo de
compostagem, podendo ser físico ou químico, sendo mais
comum o físico visando a redução do tamanho das
partículas (trituração e separação de frações dos resíduos)
(Bernal; Alburquerque; Moral, 2009; Haug,
1993;
Karnchanawong; Mongkontep; Praphunsri, 2017; Onwosi et
al., 2017; Reyes-Torres et al., 2018; Sundberg;
Jönsson, 2008;
Zhou et al., 2014).
Na literatura também são citados outros tipos de
pré-tratamentos.
Kuryntseva, Galitskaya e Selivanovskaya (2016)
em
seu estudo sobre mudanças nas propriedades de resíduos
orgânicos, durante seu tratamento biológico, concluíram
que o pré-tratamento anaeróbio da fração orgânica dos
resíduos sólidos urbanos constitui uma fer-
ramenta de
aceleração efetiva para a compostagem, tanto
em relação à
decomposição da matéria orgânica quanto à diminuição da
fitotoxicidade do composto obtido.
Segundo Reyes-Torres et al. (2018) partículas
pequenas tendem a criar uma massa que dificulta a for-
mação de poros e partículas grandes impedem o aumento
da
temperatura da matéria prima, de forma que a degra-
dação se
torna mais lenta (Bernal; Alburquerque; Moral,
2009; Onwosi
et al., 2017; Zhou et al., 2014).
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Ressetti, R. R. et al.
Yu et al. (2019) pesquisando a aplicação de con-
gelamento e descongelamento sazonal para pré-tratamen-
to de
matéria-prima a fim de acelerar a compostagem,
constataram que esta estratégia aumenta significativa-
mente a mineralização do carbono orgânico total, pro-
move a degradação da lignina e da celulose e a síntese de
substâncias húmicas. De acordo com os autores, o pré-
tratamento sazonal por congelamento e degelo é uma
estratégia ecológica (sem aditivos que podem ter
efeitos
indesejados no meio ambiente) e econômica (sem
aditivos ou
tratamentos caros, mas apenas utilizando a baixa
temperatura no inverno) para acelerar o processo de
compostagem de resíduos verdes em regiões frias.
de corte, e seleção da fonte de carbono para otimizar o
processo e melhorar a qualidade do composto final,
constataram que dentre as fontes de carbono testadas, os
resíduos de algodão, aparas de árvores urbanas, ba- gaço de
cana ou capim Napier, são boas alternativas em relação à
otimização da área de compostagem. O uso desses agentes
de volume é viável e sustentável porque eles estão
disponíveis regionalmente e permitem que o
processo de
compostagem termine em aproximadamente três meses. Além
de diminuírem o tempo de compostagem, essas fontes de
carbono, principalmente resíduos de fibra
de algodão, também
permitem que os nutrientes perma- neçam no composto final,
evitando o impacto ambiental (causado pelo seu descarte
indevido) e agregando valor agronômico e comercial.
Co-substratos
De acordo com Reyes-Torres et al. (2018) dife-
rentes estudos têm utilizado co-substratos para melhorar
a
qualidade do produto final ou reduzir a duração do processo
de compostagem.
Wang et al. (2017) em sua pesquisa sobre a
comparação de aditivos para a diminuição da emissão de
gases
de efeito estufa e de amônia durante co-compos- tagem de
lodo de esgoto, constataram que a adição de 10% de zeólito,
em massa, tamponou o pH, aumentou
consideravelmente a
temperatura, melhorou a degradação
da matéria orgânica,
diminuiu a emissão de amônia e de
gases do efeito estufa e
reduziu o período de maturidade em duas semanas. Os zeólitos
são aluminosilicatos hidra-
tados que possuem uma estrutura
aberta acomodando uma grande variedade de cátions, como
Na+, K+, Ca2+, Mg2+, entre outros, os quais estão fracamente
ligados à
estrutura, podendo ser substituídos por outros em
solução.
Em geral, a literatura sugere a adição de materiais ou
microrganismos para complementar as características
do
material a ser compostado:
Materiais de volume: material (orgânico ou
inorgânico) usado para controlar a umidade,
aumentar a porosidade e o suporte estrutural e
melhorar a circulação do ar na mistura;
Materiais de emenda: material adicionado ao
substrato ou ao produto final para melhorar o
desenvolvimento do processo ou a qualidade do
produto; portanto, utilizado para melhorar as
características químicas dos materiais, como
deficiências em N, C ou algum outro elemento;
Awasthi et al. (2018a) estudando o efeito da
mistura de aditivos em atividades enzimáticas, degra- dação
da matéria orgânica e humificação, durante a co-
compostagem de biossólidos, concluíram que a adi- ção de
30% de zeólito mais 1% de calcário, aumenta
significativamente as atividades enzimáticas, melhora a
degradação e humificação da matéria orgânica, diminui
a
biodisponibilidade de metais pesados e reduz o período
de
compostagem em duas semanas.
Aditivos: mistura de diferentes tipos de micror-
ganismos (ou seja, inoculantes), nutrientes mine- rais,
formas facilmente disponíveis de C, enzimas
e
compostos para equilibrar o pH; usados para
melhorar a atividade microbiana.
Waqas et al. (2019), em seu estudo sobre o po-
tencial de zeólitos na otimização da compostagem de
resíduos alimentares, concluíram que a adição de zeólito
natural modificado a 15% do total de resíduos tamponou o pH
ácido, aumentou a degradação da matéria orgânica. Além
disso, de acordo com os autores, a adição de zeólitos
contribuiu
positivamente para o conteúdo de umidade, condutividade
elétrica, matéria orgânica, carbono total, nitrogênio mineral,
índice de nitrificação e índice de germinação. Neste estudo
a estabilidade foi alcançada
após 60 dias, originando um
composto de acordo com os
padrões internacionais
recomendados por vários países.
Xie et al. (2012) pesquisaram a adição de atapul-
gita
modificada na redução da emissão de óxido nitroso e amônia
a partir de esterco de galinha compostado aerobicamente. A
atapulgita é um mineral de silicato de magnésio e alumínio
hidratado, com uma estrutura cristalina de cadeia laminada,
onde os cristais contêm quantidades variáveis de Na+, Ca2+,
Fe3+ e Al3+ e estão
presentes como agulhas, fibras ou
aglomerados fibrosos.
Em sua pesquisa os autores
constataram que a adição de atapulgita, além de reduzir a
emissão de óxido nitroso e
amônia, aumentou as concentrações
de nitrato, promoveu
a degradação da matéria orgânica,
aumentou os índices de germinação das sementes e acelerou
o processo de compostagem.
Biocarvão
O biocarvão é um aditivo bastante citado na
literatura (Agyarko-Mintah et al., 2017; Akdeniz, 2019; Du
et al., 2019; Godlewska et al., 2017; Liu et al., 2017; Liu,
Wang, Lei, 2019; Sánchez-Monedero et al., 2018;
Vandecasteele et al., 2016; Waqas et al., 2018; Zhang et
Costa et al. (2017) pesquisando a compostagem
para
o tratamento de resíduos agroindustriais de frangos
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Aceleração do Processo de Compostagem. Uma revisão
al., 2014; Zhou et al., 2019), merecendo um tópico à
parte.
a diminuição das perdas de nitrogênio devido à adsor-
ção de NH + e NH volátil. Apresenta grande afinidade
4
3
com metais pesados, promovendo sua imobilização, de
modo que os mesmo não serão eliminados, mas terão
sua
mobilidade significativamente reduzida, diminuindo
o risco
de sua migração para o meio ambiente. Absorve
poluentes
orgânicos dos mais variados tipos, o que reduz
sua
concentração biodisponível e, além disso, estimula a
proliferação de microrganismos potencialmente capazes de
degradá-los. Diminui emissão de CO2, devido à sua
sorção,
e estimula o desenvolvimento de microrganismos
metanotróficos, reduzindo a emissão de CH4.
Agyarko-Mintah et al. (2017) em sua pesquisa
sobre a utilização do biocarvão para reduzir a emissão de
amônia e melhorar a retenção de nitrogênio, na com-
postagem de restos de frango, provenientes da indústria
avícola, concluíram que a adição de biocarvão pode ser
considerada uma estratégia eficaz para reduzir as perdas
de N
na compostagem e melhorar o valor nutricional do produto
acabado.
O biocarvão ou biochar é um material rico em
carbono, obtido pela pirólise de biomassa em ambiente
com
limitação de oxigênio, que pode melhorar a qualidade do solo,
devido ao aumento da microporosidade, à reserva
de carbono, à
retenção de água e à sua capacidade ativa de adsorção de
cátions do solo e da água de irrigação, sendo também
utilizado como aditivo na compostagem (Marmiroli et al.,
2018; Reyes-Torres et al., 2018; Sán- chez-Monedero et al.,
2018; Vandecasteele et al., 2016; Zhang et al., 2018).
Zhang et al. (2014) em sua pesquisa sobre o uso de
biocarvão na compostagem, para melhorar a hu- mificação e
a degradação do lodo de esgoto, chegaram à conclusão de
que o biocarvão acelerou a humificação das lamas
orgânicas, ampliou as taxas de absorção de oxigênio
durante a degradação aeróbica e aumentou as
concentrações
de compostos semelhantes a ácidos fúlvicos
e húmicos no
composto.
Liu et al. (2017) em seu trabalho sobre o papel do
biocarvão de bambu, durante a compostagem aeró- bica de
esterco de frango, chegaram à conclusão de que a adição de
biocarvão aumenta a porosidade, melhora a
permeabilidade
ao ar assegurando um ambiente aeróbico,
reduz as emissões de
NH3, CH4 e demais gases do efeito estufa e facilita o
crescimento de vários microrganismos que promovem a
degradação da matéria orgânica e a maturação, acelerando o
processo.
Vandecasteele et al. (2016) em seu estudo sobre
como a adição de biocarvão, antes e depois da compos-
tagem, afeta a qualidade do composto, as perdas de N e a
absorção de P, constataram que a adição de biocarvão no
início do processo diminui o tempo de compostagem,
promove a decomposição da matéria orgânica durante a
fase
bio-oxidativa, reduz significativamente as perdas de
N,
possibilita maiores concentrações de P prontamente
disponíveis e reduz a emissão de gases do efeito estufa.
Sanchez-Monedero et al. (2018) estudando o sobre
o papel do biocarvão como aditivo na composta- gem de
resíduos orgânicos, constataram que o uso de
biocarvão
proporciona condições favoráveis que incluem
grande
porosidade, aumento da área superficial e da ca- pacidade de
troca catiônica, maior desenvolvimento das
comunidades
microbianas, maior retenção de nutrientes,
redução na
emissão de gases do efeito estufa e imobili- zação de metais
pesados. Concluindo que o biocarvão é um substrato ideal
para reduzir o tempo do processo de compostagem e
aumentar a qualidade do composto.
Godlewska et al. (2017) em seu trabalho de
revisão sobre biocarvão para melhoria da compostagem e
redução de contaminantes, observaram que a adição de
biocarvão acelera o processo de compostagem, reduz as
perdas de nutrientes (Ca, Mg, N, etc.), aumenta a ni-
trificação, promove a formação de substâncias húmicas, bem
como a imobilização de metais pesados (reduzindo
sua
biodisponibilidade), e diminui a emissão de gases do
efeito
estufa.
Segundo os autores, a adição de biocarvão fa-
vorece a compostagem de diversas maneiras: Contribui para
manter uma umidade adequada, pois possui uma alta
capacidade de retenção de água, o que favorece a
proliferação de microrganismos, e com menor perda de água
haverá menor perda de nutrientes. Devido à sua
grande
porosidade, promove uma maior oxigenação, o que torna o
processo mais eficiente, acelerando a degradação
da matéria
orgânica através da estimulação da ativida- de microbiana e
enzimática, que por sua vez causa um aumento de
temperatura. Contribui para a obtenção de
um composto com
maior teor de P, K, Ca e Mg, o que está
relacionado à sua
superfície carregada negativamente que atrai cátions K+,
Ca2+ e Mg2+ através de interações
eletrostáticas, impedindo
que os mesmo sejam lixiviados.
Promove o aumento do
nitrogênio total, por proporcio- nar um ambiente favorável
às bactérias nitrificantes, e
Segundo Waqas et al. (2018) em seu estudo sobre a
otimização da compostagem de resíduos alimentares, a adição
de biocarvão, numa taxa de 15 % em peso, causou
um rápido
aumento da temperatura, alta decomposição da matéria
orgânica, aumentou o pH do composto e favoreceu a
nitrificação.
Akdeniz (2019) em sua revisão sistemática sobre o
uso do biocarvão na compostagem de resíduos animais,
constatou que a sua aplicação numa taxa de 5 a 10% pode
diminuir o pH do material de compostagem, impedir a
formação de lixiviados, reduzir as emissões de amônia,
metano e óxido nitroso e estender a fase termofílica,
otimizando o processo.
Cad. Ciênc. Agrá., v. 12, p. 01–12, https://doi.org/10.35699/2447-6218.2020.20286
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Ressetti, R. R. et al.
De acordo com este autor a adição de biocarvão
influi de várias maneiras na comunidade microbiana. O
biocarvão constitui um excelente habitat para os microrga-
nismos, servindo como fonte de nutrientes, apresentando
uma
alta capacidade de retenção de água e porosidade,
grande área
de superfície e absorção de carbono orgânico
dissolvido.
Também propicia condições ambientais que estimulam o
desenvolvimento microbiano, facilitando a aeração da
mistura, não apenas como um agente de volume, mas
também devido aos microporos presentes
em sua estrutura,
que melhoram a micro aeração. A maior
proliferação de
microrganismos irá influir de modo posi- tivo na temperatura,
na degradação e mineralização da matéria orgânica, na
diminuição das emissões de gases de efeito estufa e no
conteúdo de nutrientes do produto
final. Porém a utilização de
quantidades superiores a 10%
de biocarvão pode causar perda
de água e dissipação de calor, o que seria prejudicial ao
processo.
Zhao et al., .2017), portanto também são tratados num
tópico em separado.
Os inoculantes são micorganismos adicionados ao
material a ser compostado com o objetivo de acelerar o
processo (Awasthi et al., 2018b; Heidarzadeh; Amani;
Javadian, 2019; Hemati; Aliasgharzad; Khakvar, 2018;
Krusir et al., 2019; Song et al., 2018a, 2018b; Wei et al.,
2019; Yang et al., 2018).
Nakasaki et al. (1996) em sua pesquisa sobre o uso
do Bacillus Licheniformis HA1 para acelerar a com-
postagem de resíduos orgânicos, observaram que sua
utilização evitou a queda de pH no estágio inicial e, assim,
estimulou a proliferação de outros microrganis- mos
termófilos, que contribuíram para o aumento da
decomposição da matéria orgânica na fase termofílica,
diminuindo o tempo do processo.
Barrena et al. (2006) pesquisaram o efeito da
inoculação na compostagem da fração orgânica de resí- duos
sólidos municipais. Os efeitos do inóculo comercial
(MicroGest 10X, Brookside Agra LC) foram estudados
seguindo os parâmetros de rotina do processo de com-
postagem (temperatura, teor de oxigênio e umidade) e testes
biologicos, como o índice respirométrico e o grau de
maturidade. A unidade de bactérias totais utilizadas
foi de 4
× 109 Unidades de Formação de Colônias (UFC)
g-1. A
conclusão foi de que o MicroGest 10X é um inóculo eficaz
para acelerar a compostagem, aprimorando a ati- vidade
biológica no estágio termofílico e, entre as doses de inóculo
testadas, 106 UFC g-1 por leira, é o ideal em termos de
economia do tratamento e redução do tempo de
compostagem, em aproximadamente 50%.
Liu, Wang e Lei (2019) em sua pesquisa sobre o
impacto positivo do biocarvão no equilíbrio térmico durante
a compostagem de esterco suíno a temperatura ambiente
relativamente baixa, constataram que o bio-
carvão prolonga
significativamente a duração do estágio
termofílico e portanto
tem potencial para desempenhar
um papel positivo na
melhoria da compostagem aeróbica
a baixa temperatura.
Zhou et al. (2019) estudando a influência do
biocarvão na sucessão de comunidades microbianas e
nas
suas funções metabólicas, durante a compostagem de
palha de
arroz com esterco de porco, constataram que a adição de
biocarvão melhorou a maturidade e fertilida- de do
composto, bem como regulou significativamente a estrutura
e as funções da comunidade microbiana, acelerando o
processo.
Kato e Miura (2008), em seu estudo sobre o efeito
de um composto amadurecido, como agente de volume e
inoculação na comunidade microbiana e na
maturidade do
composto de esterco bovino, constataram
que a utilização de
um composto obtido anteriormente, como agente de volume
e inoculação para a produção subsequente de um novo
composto, acelerou a sucessão da comunidade microbiana e
ajudou a manter a sua diversidade durante o processo,
reduzindo o período de compostagem.
Du et al. (2019) pesquisando os efeitos do bio-
carvão na atividade e na estrutura da comunidade mi-
crobiana, durante a compostagem de lodo de esgoto,
concluíram que o biocarvão, nas dosagens de 10% e 20%,
promove a atividade de enzimas (desidrogenase, aril-
sulfatase, protease, celulase, β-glicosidase e peroxi-
dase) e
das comunidades bacterianas, reduzindo o tempo
de
compostagem.
Inoculantes
Yeoh et al. (2011) em sua pesquisa sobre os
efeitos
da aceleração do inóculo microbiano na composta-
gem de
resíduos orgânicos de fábricas de óleo de palma, constataram
que a utilização de um inóculo microbiano
composto por
Agromonas, Aspergillus, Azotobacter, Bacillus, Cellulomonas,
Chaetomium, Clostridium, Coprinus, Micro-
bispora,
Penicillium, Pseudomonas, Thermoactinomyces,
Trichoderma e Trichurus reduziu a tempo de compostagem
para 5 semanas, em vez de 9 semanas para o composto sem
inoculação.
Dentre os aditivos, os inoculantes também são
citados em muitos estudos (Abdel-Rahman et al., 2016;
Awasthi et al., 2015; Awasthi et al., 2018b; Barrena et al.,
2006; Hemati; Aliasgharzad; Khakvar, 2018; Karnchana-
wong; Nissaikla, 2014; Kato; Miura, 2008; Krusir et al.,
2019; Li et al., 2017; Maji et al., 2015; Mat Saad et al.,
2013; Nakasaki et al., 1996; Nakasaki; Araya; Mimoto,
2013; Nakasaki; Hirai, 2017; Pan; Dam; Sen, 2012; Saf- fari
et al., 2017; Sharma et al., 2014; Song et al., 2018a, 2018b;
Tran; Mimoto; Nakasaki, 2015; Voběrková et al., 2017;
Wang et al., 2015; Wei et al., 2019; Xi et al., 2012; Yang et
al., 2018; Yeoh et al., 2011; Zhao et al., 2016;
Pan, Dam e Sen (2012), estudaram a compos-
tagem de resíduos orgânicos comuns, usando como ino-
culantes vários microorganismos dos gêneros Bacilli e
Cad. Ciênc. Agrá., v. 12, p. 01–12, https://doi.org/10.35699/2447-6218.2020.20286
7
Aceleração do Processo de Compostagem. Uma revisão
Pseudomonas, os quais foram selecionados com base em
seus potenciais hidrolíticos. Dos substratos testados, a palha
de trigo foi o material mais adequado para com- postagem
em larga escala, a qual, com a utilização do
consórcio
bacteriano, deu origem a um composto estável
em 75 dias.
Karnchanawong e Nissaikla (2014), em sua pes-
quisa sobre os efeitos da inoculação microbiana na com-
postagem de resíduos orgânicos domésticos, compararam a
utilização de dois inoculantes populares comercialmente
disponíveis na Tailândia com o emprego de composto
maduro. A conclusão final foi de que os inoculantes co-
merciais para facilitar a compostagem do lixo orgânico
doméstico podem ser substituídos por composto maduro,
o
qual produz os mesmos efeitos.
Xi et al. (2012) estudaram o efeito dos métodos de
inoculação na eficiência de compostagem de resíduos sólidos
municipais. Foi testada a inoculação no estágio
inicial, em
dois estágios e em vários estágios. Neste estudo
foi constatado
que a inoculação melhorou a degradação de compostos
alifáticos, proteínas e polissacarídeos, au- mentou o peso
molecular e o grau de humificação dos
compostos,
contribuindo significativamente no progresso e eficiência da
compostagem. Dentre os métodos estudados, foi a inoculação
em várias etapas que deu melhores resul- tados. Neste processo
os microrganismos desodorizantes
são inoculados no estágio
inicial, quando a temperatura ainda não aumentou, as
bactérias de decomposição da
celulose são inoculadas no
período de resfriamento, quan-
do a temperatura está abaixo
de 55°C, e por último, os microrganismos decompositores
da lignina, inoculados no estágio de cura, quando a
temperatura está abaixo de 40°C.
Maji et al. (2015) estudaram o efeito de uma nova
cepa fúngica de Trichoderma atroviride para ace- lerar
processos de compostagem e vermicompostagem, para a
produção de composto e vermicomposto ricos em ácidos
húmicos. Suas conclusões foram de que o uso de cepas
fúngicas selecionadas tem potencial para produzir
composto e
vermicomposto qualitativamente superiores,
com alto teor de
ácidos húmicos (35-62% a mais em re- lação ao padrão),
além de reduzir o tempo de 110 para 90 dias.
Awasthi et al. (2015) estudando a co-compos-
tagem de fração orgânica de resíduos sólidos urbanos,
misturados a diferentes resíduos de volume com a carac-
terização de parâmetros físico-químicos e da dinâmica en-
zimática microbiana, concluíram que a adição de resíduos
aumenta a atividade enzimática e a taxa de compostagem,
e que
a inoculação do consórcio microbiano com agente de
volume, reduz o período do processo. A utilização do
consórcio microbiano (Phanerochaete chrysosporium,
Trichoderma viride e Pseudomonas aeruginosa) reduziu o
período de compostagem em quatro semanas.
Mat Saad et al. (2013) em seu trabalho sobre com-
postagem de resíduos mistos de quintal e de alimentos,
utilizaram dois tipos de microrganismos efetivos (EM) para
aceleração do processo de compostagem; Takakura
EM e
Fruit Waste EM. A pesquisa, que levou 7 semanas de
compostagem, tinha como objetivo encontrar o melhor EM
para acelerar o processo. No final verificou-se que o
Takakura EM foi mais eficiente, porque exigiu menos tempo
e produz um composto de melhor qualidade.
Tran, Mimoto e Nakasaki (2015) estudando como
a
inoculação de bactéria láctica acelera degradação de
matéria
orgânica durante compostagem, constataram que a adição de
Pediococcus acidilactici TM14 na matéria-prima
do composto,
aumenta o crescimento de fungos com a capacidade de
degradar os ácidos orgânicos. Estes fun- gos modificam o
ambiente e facilitam o crescimento dos fungos termofílicos,
acelerando a compostagem através de um novo mecanismo.
Nakasaki, Araya e Mimoto (2013) estudaram os
efeitos da inoculação de Pichia kudriavzevii RB1 em
processos de compostagem e concluíram que a mesma
acelera a degradação dos ácidos orgânicos presentes no
material bruto, aumenta o pH, o que resulta numa
proliferação mais intensa das bactérias mesofílicas e
termofílicas, acelerando o processo de compostagem em pelo
menos dois dias.
Wang et al. (2015) pesquisaram o efeito de inocu-
lantes na compostagem de resíduos de Sophora flavescens
(planta medicial chinesa), avaliados com base em vários
parâmetros físicos, químicos e biológicos, bem como em
análises de infravermelho. Comparado ao composto de
controle sem inoculantes, o composto com inoculantes
(Bacillus subtilis estirpe G-13 e Chaetomium thermophilum
cepa GF-1) teve duração termofílica significativamente
maior e maior taxa de degradação de celulose, hemicelu- lose e
lignina, acelerando de forma acentuada o processo
e
aumentando o grau de maturidade do composto.
Sharma et al. (2014) realizaram um estudo para
acelerar o processo de compostagem de palha de arroz
utilizando um consórcio eficiente de microrganismos e um
inoculante composto. O consórcio eficiente de mi-
crorganismos (EM) empregado era constituído pelos
microrganismos Candida tropicalis (Y6), Phanerochaete
chrysosporium (VV18), Streptomyces globisporous (C3) e
Lactobacillus sp. e o inoculante composto (CI) era formado
por
Aspergillus nidulans (ITCC 2011), Trichoderma viride (ITCC
2211), Phanerochaete chrysosporium (NCIM1073) e A.
awamori (F-18). A conclusão final foi de que a ino- culação
combinada de EM e CI pode acelerar o processo de
compostagem resultando em um composto maduro dentro
de 60 dias.
Zhao et al. (2016) pesquisando o efeito de mé-
todos de inoculação de actinobactérias na degradação da
celulose durante a compostagem, observaram que a
inoculação de actinobactérias incluindo Streptomyces sp.
Cad. Ciênc. Agrá., v. 12, p. 01–12, https://doi.org/10.35699/2447-6218.2020.20286
8
Ressetti, R. R. et al.
e Micromonospora sp. acelera consideravelmente a degra-
dação da matéria orgânica, especialmente as celuloses.
de galinha, constataram que a atividade enzimática é um
índice importante para avaliar de forma abrangente a
estabilidade e a maturidade durante o processo. Os
microrganismos provenientes de lodo funcionam melhor
em
termos de acelerar a estabilização e a maturação do
composto. Os inóculos microbianos estenderam o tempo
da
fase termofílica e aumentaram significativamente a
atividade da catalase, da urease e da celulase, acelerando
a
compostagem.
Abdel-Rahman et al. (2016) em seu estudo sobre
a
aplicação biotecnológica de bactérias termotolerantes de
decomposição da celulose na compostagem de palha de
arroz, constataram que a inoculação (com Bacillus
licheniformis 1-1v e Bacillus sonorensis 7-1v) reduziu o
tempo de compostagem em 40-43% (de 89-96 dias para
51-58
dias). Também constataram um maior decréscimo no carbono
orgânico total e na razão C/N, bem como uma
melhora na
qualidade do composto por um aumento no conteúdo total de
N, P e K.
Yang et al. (2018) pesquisando sobre os efeitos da
adição de inóculo microbiano composto na diversidade da
comunidade microbiana e a atividade enzimática durante
co-
compostagem, concluíram que a adição do composto
microbiano (Ralstoinia sp., Penicillium sp., Penicillium
aurantiogiseum e Acremonium alternatum) diminuiu a
duração do processo de compostagem e melhorou a taxa
de
maturação, melhorando a qualidade do composto e a
eficiência da compostagem.
Voběrková et al. (2017) em seu trabalho sobre o
efeito da inoculação, com fungos da podridão-branca e
consórcio fúngico, na eficiência da compostagem de
resíduos sólidos urbanos, constataram que a inoculação
usando fungos lignocelulolíticos pode ser uma estratégia
útil
para melhorar as propriedades do composto final e também
acelerar a degradação dos resíduos.
Awasthi et al. (2018b) em seu estudo sobre a
avaliação da dinâmica microbiana durante a compostagem
de
resíduos alimentares, observaram que a inoculação,
empregando um consórcio de bactérias proteolíticas ae-
róbias, amilolíticas, celulolíticas, degradantes de óleo e
aeróbicas totais, aumentou a eficiência da compostagem
e
reduziu o período de maturidade.
Zhao et al. (2017) ao pesquisarem o efeito da ino-
culação de actinomicetos termotolerantes, na degradação da
celulose e na formação de substâncias húmicas duran-
te a
compostagem, observaram que a inoculação pode acelerar a
degradação da celulose e alterar a estrutura da comunidade
actinomicética, particularmente quando inoculada no estágio
termofílico, e que, a inoculação no momento adequado,
pode melhorar a relação entre os actinomicetos exógenos e
a formação de substâncias húmicas.
Song et al. (2018a) pesquisando o impacto do
consórcio microbiano anti-acidificação, no metabolismo
de
carboidratos de micróbios-chave, durante a composta- gem de
resíduos alimentares, concluíram que o consórcio
microbiano
anti-acidificação acelera a degradação de carboidratos,
melhora a eficiência da compostagem e aumenta
significativamente os tipos de enzimas que ca-
talisam a
degradação de lignina, celulose e hemicelulose.
Saffari et al. (2017) pesquisando o isolamento e
identificação de bactérias celulolíticas efetivas, no proces- so de
compostagem de diferentes fontes, constataram que
a
eficiência da compostagem pode ser aumentada pelo uso de
inoculantes. A eficiência da inoculação é afetada por vários
fatores, como a competição com outros mi- crorganismos.
A inoculação com oito cepas celulolíticas aumentou a
população microbiana benéfica e melhorou a qualidade da
produção útil de enzimas, acelerando a conversão de
matéria orgânica em adubo maduro. As bactérias Gram-
positivas melhoraram as propriedades celulolíticas e
aceleraram o processo de compostagem em comparação
com as bactérias Gram-negativas.
Song et al. (2018b) estudando o efeito da inocu-
lação, com um consórcio microbiano que degrada ácidos
orgânicos, na eficiência da compostagem de restos de
alimentos, concluíram que a utilização deste consórcio
microbiano atua sinergicamente na degradação dos ácidos
orgânicos, aumentando a eficiência da compostagem e
encurtando o período de tempo.
Hemati, Aliasgharzad e Khakvar (2018) em seu
estudo sobre a avaliação in vitro da atividade lignocelu-
lolítica de bactérias termofílicas, isoladas de diferentes
compostos de solos do Irã, chegaram à conclusão de que
micróbios termofílicos que possuem atividade lignoce-
lulolítica, podem facilitar o processo de compostagem.
Desta forma Paenibacillus validus, Paenibacillus koreensis,
Paenibacillus thailandensis, Paenibacillus cellulositrophicus,
Paenibacillus lautus e Bacillus nealsonii, podem ser utili-
zados como aceleradores do processo de compostagem.
Nakasaki e Hirai (2017) estudando uma estratégia
de
controle de temperatura, para melhorar a atividade da
levedura inoculada em matéria-prima para acelerar a
compostagem, concluíram que a inoculação da levedura
Pichia kudriavzevii RB1, que degrada os ácidos orgânicos,
pode ser utilizada para acelerar o processo, mantendo a
temperatura a 40°C por um determinado período de tempo
após a inoculação.
Li et al. (2017) em sua pesquisa sobre as in-
fluências de inoculantes de lodo municipal e resíduos
sólidos na estabilidade do composto, maturidade e ati-
vidade enzimática durante a compostagem de esterco
Krusir et al. (2019) em seu estudo sobre o papel da
microbiocenose do solo na compostagem da fração
orgânica do resíduo sólido municipal, pesquisaram a
utilização de um aditivo microbiológico extraído do solo,
Cad. Ciênc. Agrá., v. 12, p. 01–12, https://doi.org/10.35699/2447-6218.2020.20286
9
Aceleração do Processo de Compostagem. Uma revisão
concluindo que o mesmo acelera o processo em 3,3 vezes
durante o regime termofílico e em 2,1 vezes durante o
período mesofílico.
Marco et al. (2017), em seu trabalho sobre a
purificação e caracterização de uma celulase alcalina
termoestável, produzida por Bacillus licheniformis 380,
isolado de um composto, concluíram que a mesma pode ter
potencial aplicação em biotecnologia, acelerando a
degradação da matéria orgânica, degradando resíduos
celulósicos durante a fase de degradação primária, forne-
cendo também uma base para estudos sobre a otimização
da
compostagem.
Wei et al. (2019) estudando o melhor desem-
penho da degradação de lignocelulose, durante a com-
postagem de palha de diversas fontes, com inoculação de
actinomicetos, regulando as principais atividades
enzimáticas, observaram que a inoculação de actinomi-
cetos termofílicos pode aumentar significativamente a
degradação das frações lignocelulósicas recalcitrantes
(celulose, hemicelulose e lignina) e as atividades das
enzimas-chave degradadoras de lignocelulose.
Liu et al. (2018) avaliaram os efeitos da celulase
e de
um inóculo microbiano no processo de composta-
gem de
resíduos verdes. Segundo eles a adição de ambos
poderia
acelerar o processo e melhorar a qualidade do produto final
em termos de promover as temperaturas termofílicas,
reduzir a relação C/N e aumentar o índice de germinação no
composto.
Celulase
A celulase, apesar de ter sido citada na literatura
como uma substância bastante viável para acelerar o
processo de compostagem, ainda não foi utilizada em
muitos estudos com esta finalidade. Porém, devido à sua
potencial aplicação nesta área (Liu et al., 2018; Marco et
al., 2017; Reyes-Torres et al., 2018; Tuomela et al., 2000),
foi tratada neste tópico separadamente.
Conclusões
São vários os procedimentos possíveis para ace-
lerar o processo de compostagem. Existem processos que
empregam aeração, aquecimento e agitação mecânica. Tais
procedimentos tem se revelado eficientes, porém
necessitam
de aparatos extras, o que encarece o processo.
Celulases são enzimas responsáveis pela de-
gradação da celulose, principal composto presente nas
células vegetais. A celulose é um polissacarídeo formado por
várias unidades de β-glicose unidas entre si através de
ligações β-1,4-glicosídicas. As celulases realizam a
quebra
das ligações químicas existentes entre as unidades
de glicose
que formam a celulose (Akintola et al., 2019; Marco et al.,
1017; Saini et al., 2016).
As estratégias empregadas para acelerar o pro-
cesso de compostagem podem ser divididas em: pré-trata-
mento, adição de co-substratos e mudanças no processo.
Os co-substratos podem ser divididos em: mate- riais
de volume, materiais de emenda e aditivos.
Dentre os aditivos destacam-se o biocarvão ou
biochar (material rico em carbono, obtido pela pirólise de
biomassa em ambiente com limitação de oxigênio) e os
inoculantes (micorganismos).
De acordo com Reyes-Torres et al. (2018) a apli-
cação de celulase na mistura de compostagem é uma forma
inovadora de melhorar a degradação da celulose e promover
a formação de substâncias húmicas, que é um dos principais
requisitos para um produto final de alta qualidade
A celulase (enzima degradadora da celulose),
apesar de ter sido citada como uma substância bastante
viável para acelerar o processo, ainda não foi utilizada em
muitos estudos com esta finalidade.
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