Caracterização química de resíduos da produção de biodiesel compostados com adição mineral

Abstract

A produção de biodiesel tem na agricultura sua base de sustentação. O processamento da cana-de-açúcar e de espécies oleaginosas como a mamona para obtenção de álcool e óleo vegetal, respectivamente, geram resíduos orgânicos. Estes resíduos quando empregados na agricultura na forma de composto, possibilitam aumento da produtividade agrícola e redução de custos de produção, mas se usados em locais ou doses inadequados podem poluir o meio. O enriquecimento de compostos pode possibilitar a retenção dos nutrientes minerais pelas substâncias húmicas (SH) e sua liberação gradativa às plantas com a mineralização do composto, além de possibilitar alterações tanto quantitativas como qualitativas de SH. Tal enriquecimento pode ser feito com fertilizantes solúveis ou fertilizantes de baixa solubilidade, tais como os pós de rochas que contêm minerais primários. Os ácidos orgânicos formados a partir da decomposição da matéria orgânica e as substâncias húmicas originadas durante processo de humificação, além do Si presente no bagaço da cana-de-açúcar, podem atuar na redução do fenômeno da adsorção do fósforo, contribuindo assim para elevação da disponibilidade deste elemento às plantas. Para avaliar as características químicas e agronômicas de compostos orgânicos à base de resíduos provenientes da produção de biodiesel com adição mineral, foram analizadas as alterações quantitativas e qualitativas das substâncias húmicas resultantes da compostagem, o efeito desses compostos em cultivo de cana-de-açúcar e seu potencial poluidor, por meio de quatro ensaios experimentais. O primeiro ensaio, para avaliação quantitativa das substâncias húmicas durante processo de compostagem, foi constituído da obtenção de 8 compostos orgânicos com os seguintes materiais: bagaço de cana-de-açúcar (BC), cinzas de bagaço de cana (CBC), esterco de galinha poedeira (EGP), torta de filtro (TF) e farelo de mamona (FM), os quais foram mesclados para obtenção dos seguintes tratamentos: a) BC + CBC + EGP (CS); b) BC + CBC + EGP + NPK, sendo N: uréia (UR); c) BC + CBC + EGP + NPK, sendo N: sulfato de amônio (SA); d) BC + CBC + EGP + pó de rocha de serpentinito e micaxisto (SM); e) BC + CBC + EGP + pó de fosfato natural (FN); f) BC+TF (TF); g) BC + FM + pó de rocha gnáissica (M+G); e h) BC + FM (M-G). Esses tratamentos foram amostrados a 0, 30, 90 e 120 dias após o início da compostagem seguindo-se da determinação do pH, CE, C, N, carbono solúvel em água e da realização do fracionamento da matéria orgânica, matéria orgânica leve e fracionamento da matéria orgânica leve em lignina, celulose e hemicelulose, em todas as etapas de amostragem, além da caracterização química dos compostos maduros. Verificou-se que os compostos orgânicos contendo TF e FM apresentaram maiores teores de AH e AF; as perdas de C foram mais pronunciadas nos compostos a base de BC+CBC+EGP, destacando-se o composto SM; os teores de AF foram mais influencidos pelos tratamentos do que os AH; o enriquecimento mineral com SM possibilitou formação de maiores teores relativos de MOH e o SA, menores. O segundo ensaio foi realizado a partir da extração e purificação de ácidos húmicos (AH) e fúlvicos (AF) contidos nos compostos orgânicos, os quais foram caracterizados qualitativamente por meio de análise de CTC, índice de germinação, análise elementar, termogravimetria (DTG, DTA), espectroscopia no infravermelho, UV-visível e RMN do 13C, além de determinações do coeficiente de difusão molecular. Verificou-se que tanto o material utilizado na formulação dos compostos quanto o enriquecimento mineral afetaram a qualidade das SH; os compostos SM e TF foram os que apresentaram maior CTC; o enriquecimento mineral possibilitou a obtenção de AH mais aromáticos; os AF do composto SA apresentaram-se menos aromáticos; os tratamentos SM e TF possibilitaram formação de maiores quantitativos de grupos funcionais oxigenados. O terceiro ensaio para avaliação do potencial poluidor dos compostos orgânicos foi realizado em colunas de lixiviação. Os compostos orgânicos foram incubados com solo por 7 dias, seguindo-se a aplicação de 5 lâminas de água aos 0, 7, 14, 21 e 28 dias. Os lixiviados foram recolhidos e reservados para análises de C, NO3 - e P. As perdas de C e NO3 - por lixiviação foram mais intensas após a aplicação da primeira lâmina de água; os compostos M+G e M-G apresentaram maiores perdas acumuladas de C e NO3 - e menores de P; o enriquecimento mineral dos tratamentos a base de BC + CBC + EGP possibilitou menores perdas de C e P, e maiores de NO3 -. O último ensaio, de avaliação agronômica dos compostos, foi realizado em casa de vegetação com Latossolo Vermelho-Amarelo, distrófico, textura média, cultivado com cana-de-açúcar. Foram analisados em amostras de solo a CE, fertilidade do solo, P remanescente, Si disponível , C orgânico total, N total, ácidos húmicos, fulvicos e humina. Na planta foram determinados biomassa seca e nutrientes foleares, realizada aos 150 dias de cultivo da cana-de-açúcar. Concluiu-se que os compostos orgânicos atenderam às exigências nutricionais da cultura; a produção de biomassa seca da planta do tratamento com compostos orgânicos foi igual ou superior a do tratamento com adubação química mineral a partir da dose de 35 Mg ha-1; a utilização de composto orgânico contendo CBC não contribuiu para elevação dos teores de Si no solo, não refletindo sobre a redução da fixação de P; os AH presentes nos compostos contribuíram para redução da fixação de P; o Si proveniente dos pós de rochas do composto SM também promoveu redução da fixação de P.

The production of biodiesel has in agriculture its base of sustentation. The culture of sugar cane and oleaginous species as castor oil plant after processing to obtain alcohol and vegetal oil, respectively, generates organic residues. These residues when used in agriculture in the compost form make possible the reduction of production costs and increase of the agricultural productivity, and if destined in inadequate places cause environmental pollution. The compost enrichment may promote the retention of the mineral nutrients in humic substances (HS) and its gradual release to plants with the compost mineralization. Besides, it may contribute to form different amount and quality of HS. The enrichment may be made with high and low solubility fertilizers, inclusive with rocks that contain primary minerals. In addition to Si from the bagasse of the sugar cane, organic acids formed during composting can act reducing the phenomenon of P adsorption, increasing P availability. This work was carried out to analyze the effect of compost enrichment on the quantitative and qualitative changes of HS, the agronomic potential and pollution effect of compost. It was carried four experiments to achieve our goal. In the first experiment it was evaluated quantitative changes during the composting of eight composts obtained from the mixture of following wastes: sugar cane bagasse (SCB), ashes of sugar cane bagasse (ASCB), poultry manure (PM), filter cake (FC) and castor oil plant residue (Ricinus communis, L.) (MR). The treatments were prepared by mixing the material in the following combinations: a) SC: SCB + ASCB + PM; b) UR: SCB + ASCB + PM + mineral fertilisers NPK, where N: urea; c) AS: SCB + ASCB + PM + mineral fertilizers NPK, where N: ammonium sulphate; d) SM: SCB + ASCB + PM + serpentinite and micaxist powdered rocks; e) PR: SCB + FC; f) FC: SCB + FC; g) M+G: SCB + MR + gneiss powdered rocks; and h) M-G: SCB + MR. The composts were sampled at 0, 30, 90 and 120 days after starting composting. It was measured pH, EC, C, N, humic substances, fractionation of light organic matter in cellulose, hemicellulose and lignin, and water soluble C in all stages of sampling, and chemical characterization of the stabilized compost. The composts that contain FC and MR presented the greatest content of HA (humic acids) and FA (fulvic acids). Losses of C were smaller in the compost of SCB + ASCB + PM base, if excluding compost SM; the FA content was more influenced by the treatments than that of HA; the mineral enrichment with SM promoted the formation of more polymerized humified material, while of reverse was found for AS, less. The second study involved the extraction and purification of HA and FA from the composts, which were then characterized qualitatively by means of analysis of CEC, index of germination, elementary analysis, thermogravimetry (DTG, DTA), infrared, UV-visible, and 13C-NMR spectroscopy of and molecular diffusion coefficient. The quality of the HS formed was affect by the treatments. The composts of SM and FC showed greater CEC; the HA was more aromatic in the treatments with mineral enrichment and the FA from AS compost was less aromatic; the treatments influenced the formation of oxygenated functional groups, if excluding composts SM and FC. The third study evaluated the compost pollution potential using leaching columns, which were incubated by 7 days, followed by the applications of five water in day 0, 7, 14, 21 and 28. The leached material was collected and reserved for analyses of C, NO3 - and P. The losses of C and NO3 - through leaching was more intense after the first application of water; the composts M+G and M-G presented greater losses of C and NO3 - and smaller of P; the mineral enrichment with SCB + ASCB + PM contributed to lower losses of C and P, and greater of NO3 -. The last study was carried out in a greenhouse using a loamy dystrophic Oxisol, which was cultivated with sugar cane. The EC, soil fertility, equilibrium P, "available" Si, total organic C, total N and humic substances were analyzed in the soil. For plants, it was determined dry biomass, and nutrients concentration in leaves after 150 days of planting. The composts met the nutritional requirements of the sugar cane; the production of dry biomass of the treatment with 35 Mg ha-1 composts was similar to the mineral fertilizer treatment; the compost containing ASCB did not contribute to a high content of Si in the soil, and no effect on the reduction of the soil adsorption of P; HA of the composts contributed for reduction of P fixation.