Evaluation of organic molecules originated during composting process

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Thermal behavior of lignin and cellulose from waste composting process

The lignin and cellulose were extracted from reference material (leaves and twigs) and food of compost at different times composting: zero (raw), 30, and 120 days. According to thermogravimetric analysis and its derivative and differential scanning calorimetry curves for these samples, were verified during composting process there were considerable changes in its thermal profiles, as well as, characteristics lignin in cellulose samples and cellulose in lignin samples. These features were found by fourier transformed infrared spectroscopy. © 2012 Akadémiai Kiadó, Budapest, Hungary.

A sewage sludge co-composting process using respirometric monitoring method in hermetic rotary reactor

This paper has the objective of monitoring the biological activity of composting process of sewage sludge, sugarcane bagasse and ground coffee in a hermetic rotary reactor using the respirometric method in laboratory scale, in order to obtain parameters and system design for large scale projects. Another particularity of this study is the use of a hermetic reactor with gas purging cycles. Purging was performed when the percentage of oxygen reached less than 5%, thus eliminating the gaseous mixture (with elevated CO2 ratio) and the introduction of environmental air with around 21% of O2, successively until the compost was stabilized. The average purge intervals obtained were 29 h and 2 min with reactor rotation frequency of 15 min. The time of the compost stabilization was optimized in 60% if compared to the 90 days in the traditional method. The results obtained can be used to design the process in industrial scale using a simple O2 gas analyzer.

Composting of urban solid residues (USR) by different dispositions - Kinetics of thermal decomposition

The thermal behavior and non-isothermal kinetics of thermal decomposition of three different kinds of composting of the USR like: stack with drilled PVC tubes (ST), revolved stack (SR) and stack with material of structure (SM), from the usine of composing of Araraquara city, São Paulo state, Brazil, within a period of 132 days of composting were studied.Results from TG, DTG and DSC curves obtained on inert atmosphere indicated that the cellulosic fraction present, despite the slow degradation during the composting process, is thermally less stable than other substances originated from that process. Due to that behavior, the cellulosic fraction decomposition could be kinetically evaluated through non-isothermal methods of analysis.The values obtained were: average activation energy, E-a=248, 257 and 259 kJ mol(-1) and pre-exponential factor, logA=21.4, 22.5, 22.7 min(-1), to the ST, SR and SM, respectively.From E-a and logA values and DSC curves, Malek procedure could be applied, suggesting that the SB (Sestak-Berggren) kinetic model is the appropriated one to the first thermal decomposition step.

Kinetic of thermal decomposition of residues from different kinds of composting

Non-isothermal kinetic parameters regarding to the thermal decomposition of the ligninocellulosic fraction present in compost from urban solid residues (USR) obtained through stack covered (SC) with composted material, comes from the usine in composing of Araraquara city, São Paulo state, Brazil, and from stack containing academic restaurant organic solid residues (SAR). The samples were periodically revolved round 132 days of composting.Results from TG, DTG and DSC curves obtained on inert atmosphere indicated that the lignocellulosic fraction present, despite the slow degradation during the composting process, is thermally less stable than other substances originated during that process. The lignocellulosic fraction decomposition, between 200 and 400degreesC, were kinetically evaluated through non-isothermal methods of analysis.By using the Flynn-Wall and Ozawa isoconversional method, the medium activation energy, E-a, and pre-exponential factor, IgA, were 283.0+/-4.6, 257.6+/-1.3 U mol(-1) and 25.4+/-0.8, 23.2+/-0.2 min(-1),to the SC and SAR, respectively, at 95% confidence level.From E-a, and IgA values and DSC curves, Malek procedure could be applied, Suggesting that the SB (Sestik-Berggren) kinetic model is suitable for the first thermal decomposition step.

PLA and Organoclays Nanocomposites: Degradation Process and Evaluation of ecotoxicity Using Allium cepa as Test Organism

In this study, nanocomposites of PLA and organoclays Cloisite 20A and Cloisite 30B were prepared by the melt intercalation method and the obtained samples were characterized by transmission electron microscopy (TEM). Since composting is an important proposal to the final disposal of biopolymers, the influence of clays on the hydrolytic degradation process of PLA was evaluated by visual analysis and monitoring of molecular weight after periods of 15 and 30 days of degradation in compost. After degradation of the materials in composting environment, the evaluation of cytotoxic, genotoxic and mutagenic effects of compost aqueous extract was carried out using a bioassay with Allium cepa as test organism. The TEM micrographs permitted the observation of different levels of dispersion, including exfoliated regions. In the evaluation of hydrolytic degradation it was noted that the presence of organoclays can decrease the rate of degradation possibly due to the barrier effect of clay layers and/or the higher degree of crystallinity in the nanocomposite samples. Nevertheless, even in the case of nanocomposites, the molecular weight reduction was significant, indicating that the composting process is favorable to the chain scission of PLA in studied materials. In the analysis performed by the bioassay using A. cepa as test organism, it was found that after degradation of the PLA and its nanocomposites the aqueous extract of compost samples induced a decreasing in the mitotic index and an increasing in the induction of chromosomal abnormalities. These results were statistically significant in relation to the negative control (distilled water). By comparing the results obtained for the nanocomposites in relative to pure polymer, there were no statistically significant differences. The types of the observed chromosomal aberrations indicated a possible genotoxic effect of the materials, which may be related to an aneugenic action of PLA degradation products. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

Biodigestão anaeróbia dos dejetos da bovinocultura de corte: influência do período, do genótipo e da dieta

Objetivou-se com este estudo identificar possíveis alterações na composição e no processo de biodigestão anaeróbia dos dejetos produzidos por bovinos Canchim e Nelore em diferentes períodos do confinamento e alimentados com diferentes proporções de volumoso e concentrado. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial com parcela subdividida no tempo. As parcelas foram compostas por quatro tratamentos: dejetos provenientes de duas dietas (40% de volumoso e 60% de concentrado e 60% de volumoso e 40% de concentrado) e dois genótipos (Canchim e Nelore) e as subparcelas pelos três períodos de colheita dos resíduos (início, meio e final). A eficiência do processo de biodigestão foi avaliada pelas reduções de sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV), número mais provável (NMP) de coliformes totais e termotolerantes, demanda química e bioquímica de oxigênio, além da produção e dos potenciais de produção de biogás e metano. Não houve efeito do genótipo nem do período sobre a composição dos dejetos, no entanto o aumento da proporção de volumoso na dieta levou a menor eficiência do processo, pois foi observado aumento de 26,31% no volume de metano produzido na dieta com 60% de concentrado com relação à dieta com 40%, de concentrado. Também foram observadas importantes reduções no NMP de coliformes totais e termotolerantes ao final do processo, independentemente do tratamento testado.

Compostagem e vermicompostagem de dejetos de caprinos: efeito das estações do ano

A caprinocultura brasileira cresceu consideravelmente nos últimos anos, elevando a produção de resíduos, fato que justifica o estudo de práticas de reciclagem, tais como a compostagem e a vermicompostagem, pois, além da agregação de valor com a produção do composto, representa um meio de saneamento na área rural. Para o desenvolvimento deste trabalho, foram utilizados dejetos coletados de caprinos em diferentes faixas etárias, mantidos em sistema de semiconfinamento e com regime alimentar único. O objetivo principal foi avaliar os efeitos das estações do ano sobre os processos de compostagem e vermicompostagem. As reduções na quantidade de matéria seca (MS) foram de 53,7; 53,4; 51,4 e 47,8% para a compostagem e 57,4; 51,0; 41,4 e 53,6% para a vermicompostagem nas estações de verão, outono, inverno e primavera, respectivamente. Observaram-se maiores reduções na relação C/N durante o verão e outono, em relação à primavera e ao inverno, para ambos os processos. As equações de redução de volume, na compostagem, foram: y = -0,0512x + 1,0233; y = -0,0552x + 1,1766; y = -0,0521x + 1,1656 e y = -0,0558x + 1,3227, para as estações primavera, outono, inverno e verão, respectivamente, (x = número de semanas e y = volume, em m³).

Pré-compostagem de cadáveres de bovinos acometidos pelo botulismo

Foram pré-compostados, em células individuais e isoladas, cinco cadáveres de bovinos acometidos pelo botulismo com a finalidade de monitorar a presença de esporos de Clostridium botulinum e de toxina botulínica antes e após o processo de decomposição em leira estática com fonte de carbono. O diagnóstico da intoxicação nos animais foi baseado nas características clínico-patológicas, epidemiológicas ou laboratoriais. Dos cinco bovinos com evolução clínica crônica de botulismo, cujos cadáveres foram pré-compostados, três foram acometidos pela toxina tipo D, um pelo complexo CD e um dos animais foi negativo na tentativa de detecção da toxina e de esporos da bactéria nas vísceras pelo bioensaio e neutralização em camundongo. O processo de pré-compostagem foi realizado em leira estática, com o uso de material carbonáceo umidificado como substrato e esquartejamento do animal, vedado individualmente com lona plástica e sem aeração por um período de 50 dias. A temperatura das leiras foi monitorada durante o período e oscilou de 40,5-52,4ºC. Após a abertura das leiras, pôde-se constatar a completa decomposição de todo material mole, com redução significativa do seu peso (de 26,5-44,5%), restando apenas os ossos. Não foi detectado esporo ou toxina botulínica no interior dos ossos (n=5 para cada cadáver). Nas 200 amostras examinadas do homogeneizado restante (n=40 para cada cadáver), em apenas duas amostras de uma leira foram detectados esporos de C. botulinum tipo C, enquanto que todas foram negativas para a tentativa de detecção da toxina botulínica pelo bioensaio em camundongo. da forma como foi avaliado o processo de pré-compostagem de bovinos mortos pela intoxicação botulínica não contribuiu para a proliferação de C. botulinum.

Compostagem de resíduos da indústria de desfibrilação de algodão

O processo de compostagem foi avaliado por meio do monitoramento diário da temperatura em leiras confeccionadas com o resíduo da indústria de desfibrilação de algodão e tipos de inóculo. Foram avaliadas seis leiras, divididas em dois sistemas: com aeração e sem aeração, sendo estudados, em cada sistema, três tipos de inóculo: esterco bovino diluído em água; esterco bovino, e conteúdo ruminal. Avaliou-se, também, a porcentagem de redução de volume nas leiras quando se intensificaram os revolvimentos, visando a obter informações para fins de dimensionamento do pátio de compostagem. Os compostos produzidos foram transferidos para minhocário e amostras do produto após a compostagem e após a vermicompostagem foram analisadas quimicamente com o objetivo de avaliar os teores de nutrientes. Os resultados obtidos demonstraram que o conteúdo ruminal utilizado como inóculo tende a apresentar valores mais altos de temperatura na fase inicial (fase ativa) e menores na fase final (maturação), embora, independentemente do tipo de inóculo utilizado, a estabilização praticamente tenha ocorrido no mesmo período; o sistema com aeração possibilitou, em todos os tratamentos, estabilização mais rápida do material, quando comparado ao sistema sem aeração; a intensificação dos revolvimentos possibilitou diminuição do tempo de retenção com redução de 46% no volume final, e a composição química dos vermicompostos apresentou-se enriquecida quando comparada aos compostos produzidos.

Compostagem da fração sólida da água residuária de suinocultura

Avaliar o desenvolvimento do processo de compostagem utilizando como substrato à fração sólida da água residuária de suinocultura foi o objetivo deste trabalho. Para a obtenção da fração sólida, a água residuária de suinocultura foi submetida ao peneiramento, utilizando-se de peneira com malha de 1 milímetro. Após separação, a fração sólida foi utilizada para a confecção de três leiras de compostagem, em pátio com piso de concreto e cobertura plástica. Durante a compostagem da fração sólida da água residuária de suinocultura, foram avaliados: temperatura, reduções de sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV), demanda química de oxigênio (DQO), carbono orgânico, matéria orgânica compostável (MOC), matéria orgânica resistente à compostagem (MORC), números mais prováveis (NMPs) de coliformes totais e coliformes termotolerantes, além do volume e dos teores de nutrientes no composto. A compostagem mostrou-se eficiente no tratamento da fração sólida da água residuária de suinocultura devido à elevada minimização do poder poluente dos dejetos, observando-se reduções de 71,24% nos teores de ST, 64,55% no volume, 56,89% no teor de DQO e 56,89% na MOC. Foram verificadas reduções de 100% nos NMPs de coliformes totais e termotolerantes, o que possibilita seu uso como adubo orgânico.

Compostagem dos dejetos da bovinocultura de corte: influência do período, do genótipo e da dieta

O objetivo neste estudo foi identificar possíveis alterações na composição e no processo de compostagem dos dejetos produzidos por bovinos Canchim e Nelore em diferentes períodos do confinamento alimentados com diferentes proporções de volumoso e concentrado. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial com parcelas subdivididas no tempo. As parcelas foram compostas por quatro tratamentos: dejetos provenientes de duas dietas (40% de volumoso e 60% de concentrado e 60% de volumoso e 40% de concentrado) e dois genótipos (Canchim e Nelore) e as subparcelas pelos três períodos de coleta dos resíduos (início, meio e final). A eficiência do processo de compostagem foi avaliada pelas reduções de volume, sólidos totais, sólidos voláteis, frações fibrosas, carbono orgânico e temperatura, além do número mais provável de coliformes totais e termotolerantes e teores de nitrogênio e macro e microminerais. Não houve efeito do genótipo nem do período de coleta dos resíduos sobre a composição dos dejetos, no entanto o aumento da proporção de volumoso na dieta levou a menor eficiência do processo de compostagem dos dejetos. Também foram observadas reduções de 100% no número mais provável de coliformes totais e termotolerantes e aumento no teor dos nutrientes no composto final.

A compostagem como processo catalisador para a reutilização dos resídues de fábrica de celulose e papel

Recognizing the great potential of this residue to increase the eucalyptus forests produtivity - when used in its humidified form - the main objective of this project was to decompose the solid residues generated at Luiz Antonio mill, in a fast and artificial way, by means of piles or ridges of composted materials. The materials used in this composting process were: activated sludge, dregs and grits, wood ash and biomass. Applications of both phosphorus and potassium have been used during the planting phase. Nitrogen, in the form of urea, has been applied in two treatments with the main purpose to decrease the C/N ratio and to speed up the decomposition process. The experiment was carried out in 120 days. The best results were obtained in residue piles with a 3:1 ratio, i.e., 75% residues + 25% biomass. This mixture provided an extremely good aeration, thus enabling an appropriate material mixing and homogenization. Under the technological viewpoint, the results obtained from the composting process were quite satisfactory for VCP industrial residues treatment. This composting process enabled a material accelerated stabilization (lower C/N ratio) and homogenization. After this experiment, it became possible to use all residues just as they were generated by Luiz Antônio pulp and paper mill. This project is of the utmost relevance to VCP's forestry department as far as a significant amount of nutrients is getting back to the soil in the form of mineral and organic materials.

Heavy metal nutrients in tomato plants cultivated in soil amended with biosolid composts

The use of biosolids in horticulture could contribute to recycle residues produced by men. This study analyzed concentrations of Cu, Mn and Zn in the compost during fermentation, in the soil amended with the composts and in the tomato plant materials. Five composts were produced using sugar-cane bagasse, biosolid and cattle manure in the proportions: 75-0-25; 75-12.5-12.5; 75-25-0; 50-50- 0 and 0-100-0 (composts with 0; 12.5; 25; 50 and 100% biosolid), respectively. These composts were used in an experiment with 6 treatments (the 5 composts and a control with mineral fertilization) in a design of randomized blocks with a split plot design. The control and the treatment of 0% biosolid received inorganic nitrogen. All the treatments received the same amount of N, P and K. Two tomato plants were cultivated in each 24 L pot, in a greenhouse at the Technology Department of the Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias of the Universidade Estadual Paulista in Jaboticabal County, São Paulo State, Brazil. The concentrations of Cu, Mn and Zn were evaluated in the compost 7, 27, 57, 97 and 127 days after composting began, in the soil 0 and 164 days after the compost applied, and in the plants. Compost, soil and plant samples were subjected to digestion with HNO3, H 2O2 and HCl and the metals were determined by AAS. There were positive and significant correlations between Mn in the compost and Mn uptake by the plant (0.46 p>0.05), and between Zn in the compost and Zn concentration in the plant (0.78 p>0.05). Cu, Mn and Zn concentrations increased during composting. The biosolid in the compost supplied Cu and Zn to tomato plants, and the cattle manure supplied Mn to the plants.

Non-nutrient heavy metals in tomato plants cultivated in soil amended with biosolid and sugar-cane bagasse compost

In this study, non-nutrient heavy metal concentrations (Cd, Cr, Ni and Pb) were measured in composts during the composting process, in compost/Red-yellow Latosol mixtures, and in tomato plants. Composts were produced using sugar-cane bagasse, biosolids and cattle manure in the proportions 75-0-25, 75-12.5-12.5, 75-25-0, 50-50-0 or 0-100-0 (composts with 0, 12.5, 25, 50 and 100% biosolids). The composts were applied to the soil, in 6 treatments and a control (mineral fertilization). Control and the 0% biosolids treatments received inorganic nitrogen and all the treatments received the same amount of N, P and K. Tomato plants were cultivated in 24-L pots, in a green house in Jaboticabal, SP, Brazil. The experiment had a split plot design, in randomized blocks. Cadmium, Cr, Ni and Pb concentrations were determined during the composting process (7, 27, 57, 97 and 127 days after compost mounting), in soil (0 and 164 days after mixing) and plants. The samples were subjected to digestion with HNO 3, H2O2 and HCl and the metals were determined by AAS. Negative correlations were observed between Cd, Cr and Pb in the compost and Cd, Cr and Pb plant uptake, as well as Ni in the compost and Ni concentration in the plants. The concentrations of Cd, Cr, Ni and Pb increased during composting. Only Cd levels increased when compost was applied to the soil. The roots accumulated Cr, Ni and Pb, the stems and leaves, Cd and Ni and the fruits did not accumulate any of the metals studied. The composts with biosolids did not increase Cd, Cr, Ni and Pb uptake by plants.