Artigo pH original

III Simpósio Internacional sobre Gerenciamento de
Resíduos Agropecuários e Agroindustriais
12 a 14 de março de 2013 – São Pedro - SP
DETERMINAÇÃO DE PH COM AMOSTRA REDUZIDA DE RESÍDUOS
ORGÂNICOS E COMPOSTO
Paulo Oliveira de Souza*¹; Caio de Teves Inácio²; e Larissa de Sales Andrade³.
¹ Graduando em Engenharia Agronômica, UFRRJ – Seropédica – RJ, E-mail: [email protected]
² Doutorando CPGA – CS, UFRRJ. Pesquisador B, EMBRAPA SOLOS, Rua Jardim Botânico, 1024 - Jardim
Botânico Rio de Janeiro - RJ, 22460-000. E-mail: [email protected]
³ Graduanda em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental, UFF – Niterói – RJ, E-mail:
[email protected]
RESUMO: O pH é um fator ecológico no processo de compostagem por afetar a atividade
biológica e a volatilização de amônia. Visando adequar o método de determinação de pH às
condições de estudos em bancada com redução de tamanho de amostra foram comparados
quatro métodos de determinação de pH. Em cada método houve variação do tamanho da
amostra (40g e 3g), proporção de diluição (1:5; 1:10; 1:20). O método 04.11 Electrometric
pH determinations for compost (Test Methods for Examination of Composting and Compost:
Method-TMECC) foi utilizado como padrão. Seis tipos de materiais diferentes foram
utilizados (bagaço de cana-de-açúcar; bagaço de laranja; cama de cavalo; composto
orgânico; esterco de gado leiteiro e esterco de aves poedeiras). Tanto o tamanho de
amostra quanto a diluição mostraram influência na determinação de pH, entretanto, este
efeito foi diferente entre os tipos de materiais orgânicos. Os métodos alternativos não
diferiram estatisticamente do método padrão para composto orgânico, bagaço de cana e
esterco de poedeira, mas foram discrepantes para bagaço de casca de laranja, cama de
cavalo, e esterco de gado leiteiro. Para a diluição maior (1:20) a redução de tamanho de
amostra não é recomendada.
Palavras-Chave: biorreatores de bancada; compostagem; método padrão
DETERMINATION OF pH USING REDUCED SAMPLE OF ORGANIC WASTES AND
COMPOST
ABSTRACT: The pH is an ecological factor in composting by its effect on biological activity
and ammonia volatilization. The aim of this study was to adjust the pH method for benchscale experiments with reduced sample. Four pH methods were compared. Amount (4g and
3g) and dilution of sample (1:5; 1:10; 1:20) were tested. The Method 04.11 Electrometric pH
determinations for compost (Test Methods for Examination of Composting and Compost TMECC) was used as standard method. Six different materials were used; sugarcane
bagasse, orange fruit bagasse, horse bedding manure, compost, dairy manure, poultry
manure. Both amount and dilution of sample show influence on pH values determination,
however, this effect was different among organic materials. The alternative methods show no
significant statistical difference from standard method for compost, sugarcane bagasse, and
poultry manure, meanwhile they were significant different for orange fruit bagasse, horse
bedding manure, and dairy manure. For the higher dilution (1:20) is not recommended a
reduced sample.
Keywords: bioreactors bench; composting; standard method
INTRODUÇÃO
A compostagem é um processo biológico aeróbio de tratamento e estabilização de
resíduos orgânicos para a produção do composto, fertilizante orgânico ou condicionador de
solo assim produzido (Inácio & Miller, 2009).
O pH é um dos parâmetros que exercem grande influência no processo de
compostagem. Segundo Vandergheynst (2000) o pH baixo (< 6) de alguns resíduos pode
aumentar o tempo necessário para a compostagem e seu ajuste pode favorecer a taxa de
decomposição desses materiais. Na fase inicial da compostagem há formação de ácidos
orgânicos, tornando o meio mais ácido. Esta fase caracteriza-se pela presença de intensa
atividade dos microrganismos mesófilos presentes na massa em decomposição, assim, há
elevação da temperatura entre 40-45ºC e, em decorrência de sua atividade, liberam também
C orgânico na forma de CO2 para a atmosfera (Tuomela, et al. 2000). Durante a faze
termofílica (>45°C) o pH tende a subir (pH >7). A amônia e o pH são interdependente, uma
vez que a amonificação causa elevações no pH característico durante o período ativo da
compostagem afetando o equilíbrio entre NH3/NH4+ (Miller, 1992). Já Victoria et al. (1992)
afirmam que este equilíbrio é originado da hidrólise da amônia ocasionando aumento de pH,
devido à produção de hidroxilas, transformando-se em íon amônio. Em relação ao composto
Kiehl (1998) comenta que, o pH inferior a 6,0 indica fase inicial de processo. Já a faixa 6,0 7,5 demonstra que o composto está estabilizado e finalmente acima de 7,6 o composto esta
maturado.
A pesquisa com compostagem pode ser realizada em leiras ou em biorreatores em
diferentes escalas. Biorreatores de bancada em escala piloto são utilizados para citaram
algumas fontes de estudos para avaliação do processo; composição dos gases de saída;
destino dos compostos específicos, incluindo tóxicos; enumeração e sobrevivência
microbiana; preparação e avaliação do composto e degradação do substrato (Mason &
Milke, 2005). Os biorreatores de bancada são utilizados para pesquisas em laboratório e
com volume pequeno de material (por ex. 3 L) e isso limita a frequência de amostragem e,
principalmente, o tamanho das amostras.
O objetivo deste trabalho foi comprar métodos para determinar a menor quantidade
possível de matéria que pode ser usada para proceder à leitura de pH e a diluição mais
adequada para amostras de compostagem realizada em laboratório.
MATERIAIS E MÉTODOS
As medições de pH em cada tipo de amostra foi utilizado um medidor Orion- Analyser.
A água utilizada na diluição das amostras foi água de padrão ultra pura, retirada de um
aparelho Milli-Q. No experimento foram utilizados 6 materiais: bagaço de cana-de-açúcar;
bagaço de laranja; cama-de-cavalo; composto orgânico; esterco de gado leiteiro e esterco
de aves poedeiras. O método padrão (Method 04.11 Electrometric pH determinations for
compost. Thompson, 2002), utilizado para comparação, necessita de 40g de amostra de
composto ou resíduo seco, adicionando água destilada na proporção de 1:5. O preparo da
amostra foi feito com um dia de antecedência à leitura do pH. Parte do material foi levada a
estufa onde ficou por 24 horas à 60º C. Após a diluição em água as amostras foram agitadas
em uma mesa agitadora a 180 RPM por 20 minutos. Sundberg, et al. (2004) utilizaram 3g de
material para se realizar as análises de pH e diluição de 1:5 de água destilada. Baseado
nesta referência as amostras foram retiradas com o auxilio de um amostrador com garra. O
instrumento tem capacidade de amostrar aproximadamente 3g de material a cada
amostragem. Foram usados 3 diferentes diluições (1:5; 1:10; 1:20), resultando em um total
de 32 amostras (4 métodos com 8 repetições) para cada tipo de material e um total de 192
amostras (6 tipos de resíduos para 4 métodos com 8 repetições). As análises foram feitas
com a matéria fresca, a velocidade e o tempo de agitação foram mantidos os mesmos do
método padrão. Em alguns materiais houve necessidade de realizar adaptações para que a
leitura do pH fosse possível. O bagaço da cana foi triturado, sendo utilizado em pó, e devido
à grande capacidade de absorção, foi necessário usar o extrato. O bagaço da laranja foi
picado em pedaços pequenos e depois foi moída.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Tabela 1 apresenta dos resultados das médias e desvios padrão de valores de pH
obtidos com os diferentes métodos por tipo de material orgânico. Os coeficientes de
variação observados para cada bateria de amostras foram baixos, sendo o maior valor (CV
= 6,5%) observado nos resultados das amostras de esterco de aves com emprego do
método que utiliza 3g/1:20. Quando agrupamos os resultados por tipo de resíduo,
independente do método de determinação de pH empregado, os CV’s se encontraram na
faixa de 1,75%, nas amostras de bagaço de cana, até 4,97%, nas amostras de esterco de
gado. Outros dois experimentos com esterco de gado e casca de laranja foram descartados
por apresentaram CV > 5,0%, provavelmente devido ao conjunto de amostras não ter sido
analisado no mesmo dia e também pelas diferentes formas de conservação das amostras
utilizadas no mesmo experimento.
A figura 1 apresenta os gráficos com a comparação das médias e intervalos para cada
tipo de material. A análise de variância dos resultados observados para cada material
orgânico foi significativa (p > 0,05) para o efeito dos diferentes métodos de determinação de
pH em 5 resíduos (bagaço de cana; bagaço de laranja; cama de cavalo; composto orgânico;
esterco de gado), demonstrando, também, que tanto o tamanho da amostra como a diluição
influíram nos valores de pH. Entretanto, para esterco de aves não foi significativo. As médias
dos tratamentos (métodos) diferiram estatisticamente (Dunnett’s test, p > 0,05) do método
padrão, nos casos do esterco de gado, bagaço de laranja e cama de cavalo. No entanto,
para bagaço de cana e composto orgânico, os métodos com diluição 1:5 e 1:10 (ambos com
amostra de 3,0 g MF) apresentaram valores estatisticamente similares ao padrão (Dunnett’s
test, p > 0,05). Já para esterco de aves as médias não diferiram estatisticamente (Dunnett’s
test, p > 0,05) do método padrão. Nestes três casos, a redução do tamanho da amostra (de
40g MF para 3 g MS) não interferiu significativamente nos valores de pH como ocorreu com
os demais materiais. Na maioria dos casos a diluição resultou em uma pequena, mas
estatisticamente significativa, elevação dos valores médios de pH, no entanto, sem
apresentar um padrão definido. O efeito da diluição só não foi significativo para a cama de
cavalo e esterco de ave.
Pelos resultados obtidos, pode-se observar que o tipo de material influiu no
desempenho do método e, consequentemente, na comparação dos métodos. O material
que apresentou maior discrepância entre o método padrão e os métodos alternativos foi o
esterco de gado, e a menor discrepância foi observada com o esterco de aves seguido pelo
bagaço de cana e composto orgânico.
CONCLUSÃO
Tanto o tamanho de amostra quanto a diluição mostraram influência na
determinação de pH, entretanto, este efeito foi diferente entre os tipos de materiais
orgânicos. Os métodos alternativos não diferiram estatisticamente do método padrão para
composto orgânico, bagaço de cana e esterco de poedeira, mas foram discrepantes para
bagaço de casca de laranja, cama de cavalo, e esterco de gado leiteiro. No entanto,
quando aumentamos a diluição (1:20) a redução de tamanho de amostra não é
recomendada.
LITERATURA CITADA
INÁCIO, C. T; MILLER, P. R. M. Compostagem: ciência e pratica para a gestão de
resíduos orgânicos. 1° Ed. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2009.
KIEHL, E. J. Manual de compostagem: maturação e qualidade do composto.
Editado pelo autor. Piracicaba, 1998.
MASON, I.G. & MILKE, M.W. Physical modeling of the composting environment: A
review. Part 1: Reactor systems. Waste Management, 25: 481-500. 2005a.
MILLER, F. C. Composting as a process base on the control of ecologically
selective factors. In: Metting Jr., F.B. Soil microbial ecology: Applications in agricultural and
environmental management. New York, N.Y: Marcel Dekker, Inc., 1992. Cap.18, p.515-541.
SUNDBERG, C; SMARS, S; JONSSON, H. Low pH as an inhibiting factor in the
transition from mesophilic to thermophilic phase in composting. Bioresource
Technology, 95: 145-150, 2004.
THOMPSON, W.H. (Ed.) Test Methods for the Examination of Composting and
Compost. US Composting Council Research and Education Foundation & US Department
of Agriculture. CD-ROM Edition. 2002. Method 04.11. Electrometric pH determinations for
compost. 2002. CD-ROOM.
TUOMELA, M; VIKMAN, M; HATAKKA, A. Biodegradation of lignin in a compost
environment: a review. Bioresource Technology, 72: 169 – 183, 2000.
VANDERGHEYNST, J.S; LEI, F. The effect of microbial inoculation and pH on
microbial community structure changes during composting. Process Biochemistry, 35:
923 – 929, 2000.
VICTORIA, R.L., M.C. PICCOLO E A.T. VARGAS. O ciclo do nitrogênio. In: Cardoso,
E.J.B.N., S.M. Tsai, M.C.P. Neves. Microbiologia do solo. Sociedade Brasileira de Ciência
do Solo. Campinas. p. 105-119. 1992.
TABELAS E FIGURAS
Tabela 1 – Resultados de determinação de pH de diferentes materiais orgânicos com
diferentes métodos conforme o tamanho da amostra e diluições.
Material orgânico
CVa
40g/1:5b
3g/1:5c
3g /1:10c
3g/1:20c
%
pH, média ± desvio padrão (CV, %)
Bagaço de cana-de-açúcar
1,8
3,38 ±0,05 3,25 ±0,31
3,40 ±0,0
3,45 ±0,05
(1,4)
(2,2)
(0,0)
(1,5)
Bagaço de laranja
3,5
4,45 ±0,05 4,79 ±0,08
4,95 ±0,05
4,88 ±0,05
(1,1)
(1,7)
(1,1)
(0,9)
Cama de cavalo
2,4
8,05 ±0,08 8,34 ±0,18
8,41 ±0,12
8,41 ±0,14
(0,9)
(2,1)
(1,5)
(1,6)
Composto orgânico
1,9
7,45 ±0,05 7,44 ±0,05
7,49 ±0,06
7,75 ±0,11
(0,7)
(0,7)
(0,9)
(1,4)
Esterco de gado leiteiro
5,0
7,80 ±0,22 8,66 ±0,09
8,83 ±0,12
8,56 ±0,05
(2,8)
(1,1)
(1,3)
(0,6)
Esterco de aves poedeiras
3,8
7,66±0,13
7,63±0,22
7,65±0,21
7,52±0,49
(1,7)
(2,8)
(2,7)
(6,5)
A
Coeficiente de variação do conjunto de dados para cada tipo de material orgânico.
B
Test methods for the examination of composting and compost (Thompson, 2002).
C
Amostra de 3g de massa fresca seguida de diluição e agitação.
Composto Orgânico
Casca de Laranja
7,9
Cama - de - Cavalo
5,0
8,5
4,8
8,4
8,3
pH
pH
4,9
7,7
pH
7,8
7,6
4,7
8,2
7,5
4,6
8,1
7,4
4,5
40g/1:5
3g/1:5
3g/1:10
3g/1:20
8,0
40g/1:5
Métodos
3g/1:5
3g/1:10
3g/1:20
40g/1:5
Métodos
Bagaço de Cana - de - Açucar
3g/1:5
3g/1:10
3g/1:20
Métodos
Esterco de Aves Poedeiras
Esterco de Gado Leiteiro
8,0
9,0
7,8
8,7
7,6
8,4
3,48
3,36
3,32
3,28
pH
3,40
pH
pH
3,44
7,4
8,1
7,2
7,8
7,0
40g/1:5
3g/1:5
3g/1:10
Métodos
3g/1:20
7,5
40g/1:5
3g/1:5
3g/1:10
Métodos
3g/1:20
40g/1:5
3g/1:5
3g/1:10
3g/1:20
Métodos
Figura 1 – Médias e intervalos de confiança (95%) de resultados de quatro métodos de
determinação de pH. Métodos: massa da amostra (g) e diluição em (g/l).