Implementation, monitoring and evaluation

Paralelamente com critérios de qualidade tais como, metais pesados e teor em plásticos, a estabilização e maturação da matéria orgânica durante o processo de compostagem é um aspecto importante da qualidade do composto (Zucconi, 1987). A estabilização está relacionada com a actividade microbiológica do composto, enquanto a maturação está associada com um potencial efeito do composto no crescimento das plantas (Hue and Lin, 1995).

A incorporação de composto em solos agrícolas é a aplicação mais exigente em termos de qualidade no que diz respeito aos graus de estabilização e maturação. Para promover a aceitação de um composto é importante a existência de testes fáceis e fiáveis para avaliar a sua qualidade. Têm sido propostos numerosos critérios para definir estabilidade e maturação.

Compostos instáveis são caracterizados por elevados teores de matéria orgânica facilmente degradável, podendo ocasionar fitotoxicidade, deficiência em azoto e oxigénio e formação de odores desagradáveis. As principais fitotoxinas são os ácidos orgânicos voláteis especialmente o acético, propiónico, butírico e valérico bem como os ácidos fenólicos.

Testes de natureza física (declínio de temperatura, cheiro e côr) e análises químicas como:

- pH

- razão C/N (na fase sólida e/ou no extracto aquoso) - capacidade de troca catiónica (CEC)

- NO3- e NO2- , NH3 e H2S - ácidos orgânicos

- matéria orgânica solúvel

- condutividade eléctrica

poderão ser indicadores da estabilidade do composto, no entanto, esta não deve ser relacionada directamente com estes parâmetros pois eles dependem da composição do material inicial (Veeken, 2000). O grau de estabilidade depende directamente da actividade microbiológica e deve ser determinado através de ensaios microbiológicos e

Os ensaios microbiológicos podem ser:

- contagem de microorganismos (Bertoldi, 1983), - análise de ATP (Morel, 1985; Tseng, 1995), - análise da actividade enzimática (Morel, 1985), - testes de respirometria (Lasaridi, 1997)

. quantificação de dióxido de carbono produzido, . quantificação de calor libertado,

. quantificação da taxa de respiração do composto (SOUR), (Frost, 1992, Lasaridi, 1998). O consumo de oxigénio deverá ser inferior a 40 mg/h/kg-matéria seca (Manser,1996).

Os bioensaios com plantas superiores podem ser:

- através de testes de toxicidade in vitro, determinando o índice de germinação de sementes (por ex: de Lepidium sativum) em extracto de composto (Zucconi, 1981; Manser, 1996).

- avaliando o crescimento de plantas (Inbar, 1993).

Quanto à maturação do composto ela, é determinada por análise química e está relacionada com a presença de ácidos húmicos. Tem sido reconhecido que as substâncias húmicas desempenham um papel importante nas propriedades fisico- químicas do solo, tais como: melhorando a estrutura do solo, como fonte de nutrientes, como fixadores de nutrientes minerais (graças à sua elevada capacidade de troca catiónica) e exercendo um efeito positivo na actividade dos organismos da microflora e microfauna. (He, 1992)

A determinação das substâncias húmicas permite avaliar o grau de maturação da matéria orgânica através de índices relativos à sua quantidade e suas fracções, isto é: ácidos húmicos, ácidos fúlvicos e humina. Ambos os ácidos possuem grupos acídicos fracos e quase sempre comportam-se como qualquer sistema de ácido fraco poliprótido. Os grupos acídicos são do tipo fenólico e carboxílico, com valores de pKa na gama de 3 a 10 e capazes de complexar diversos metais (Pagenkopf, 1978).

com elevado peso molecular (vários milhares). Os ácidos fúlvicos (A.F.), solúveis em meio ácido, podem ser considerados como produtos intermédios da síntese dos ácidos húmicos ou como produtos do catabolismo destes, tendo um peso molecular inferior (algumas centenas até poucos milhares). A humina representa a fracção insolúvel em meio alcalino e em ácido,

No decurso da transformação microbiológica registam-se importantes modificações (qualitativas e quantitativas) das substâncias húmicas: o seu conteúdo aumenta ligeiramente no 1º dia do processo, sendo esse aumento cada vez mais relevante. Uma vez que ao longo do processo se verifica uma nítida diminuição do conteúdo em matéria orgânica total, o andamento evolutivo da humificação é mais correctamente expresso através da Taxa de humificação (T.H.) (Jodice, 1989).

(

+

)

×100

=

AH

AF

COT

TH

O valor da TH relaciona a quantidade de substância humificada com o total de carbono presente (COT). Em condições óptimas do processo de compostagem a relação entre o conteúdo em AH e AF altera-se a favor dos AH, por outras palavras a complexidade estrutural das substâncias húmicas aumenta. Assim, teoricamente, o seu valor pode variar entre 0 e 100 e está directamente relacionado com o conteúdo de AH e AF. Valores bastante baixos, senão mesmo nulos encontram-se em materiais pouco ou nada maturados, no entanto, em materiais humificados registam-se valores próximos de 100. O emprego da TH demonstrou ser bastante eficaz para avaliar quantitativamente a formação de substâncias húmicas durante a maturação do composto e para estabelecer, com um certo rigor, o momento da sua completa estabilização (Jodice, 1989).

O processo de humificação pode também ser seguido utilizando o Índice de humificação (IH) definido como a razão entre o carbono dos ácidos húmicos e o carbono orgânico total (Jodice, 1989),

100

×

=

AH

COT

IH

Uma variação significativa, no tempo, dos parâmetros de humificação será indicativa de um desenvolvimento acelerado do processo de compostagem (Nobili e Civiatta, 1989).

ambas as técnica de extracção sejam aceites como fornecendo um bom e rápido indicador da matéria orgânica disponível para solubilização no solo (Nobili, 1988, Jiminez, 1992), estudos recentes mostram que elas não são selectivas, podendo outros compostos serem extraídos simultaneamente (Veeken, 2000). Assim, os índices de maturação baseados somente na quantificação dos ácidos húmicos extraídos com NaOH ou Na4P2O7 devem ser usados com algumas reservas.

Novas técnicas têm sido aplicadas neste domínio, permitindo complementar a informação dos índices de humificação e demonstrando que a maturação é difícil de definir por um só parâmetro (Chefetz, 1996). Como exemplo, é possível nomear algumas dessas técnicas:

- separação dos compostos húmicos do extracto aquoso por cromatografia gel, seguida

de análise por UV-280; (Bach, 1985, Katayama, 1986 e 1987; Chanyasak, 1980; Yoshida, 1979);

- análise do extracto por UV-visível com determinação da razão E4/E6 ( razão entre a absorvância a λ=465 nm e λ=665 nm), representando a razão das densidades ópticas entre os ácidos húmicos e fúlvicos (Gonzalez-Vila, 1985; Garcia 1991);

- análise por espectroscopia de infravermelho (Sugahara, 1981; Gonzalez-Vila, 1985); - purificação do extracto alcalino e sua caracterização por análise elementar,

espectroscopia de UV-280, pirólise seguida de GC/MS (análise qualitativa),

espectroscopia de RMN de 13C ou de RMN de 13C com CPMAS (espectroscopia de

estado sólido de ressonância magnética de 13C e rotação segundo o ângulo mágico, com polarização cruzada - análise quantitativa, e, constitui a técnica mais avançada neste domínio), (Chefetz, 1996; Manser, 1996; Veeken, 2000) .

A execução de grande parte dos métodos acima referidos necessita de laboratórios bem equipados e técnicos especializados, por outro lado, não existe um método único aplicável a todos os compostos e a todas as aplicações deste. Assim, a escolha de um método para avaliar o grau de estabilidade e/ou maturação dum composto, depende do fim para que ele será usado e dos meios técnicos disponíveis.

2 DESENVOLVIMENTO DO SUPORTE TEÓRICO À MODELIZAÇÃO (CINÉTICA