todas as correções determinadas - repositorio- · pdf filee apoio demonstrado...

Todas as correções determinadas

pelo júri, e só essas, foram efetuadas.

O Presidente do Júri,

Porto, ______/______/_________

Agradecimentos

No culminar deste longo percurso resta-me agradecer a todas as pessoas que

partilharam comigo esta experiência.

Obviamente, não posso de deixa de referir os meus pais. Agradecer por todo o carinho

e apoio demonstrado não só ao longo do meu percurso académico como em toda a

minha vida. Obrigado pelo esforço que fizeram para me proporcionarem a oportunidade

de ter uma educação de excelência e perseguir os meus sonhos.

À minha família, por todos os conselhos e incentivo demonstrados, que tanto me fizeram

ultrapassar as fases menos positivas. Agradeço acima de tudo os carinhos que sempre

fizeram questão de demonstrar.

Aos meus amigos, que levo para a vida. Nuno e David obrigado por todo o apoio, as

risadas sem lógica, e os momentos fantásticos que passei convosco.

Ao meu orientador, Professor Doutor António Guerner Dias, o meu sincero

agradecimento por me ter auxiliado no desenvolvimento deste projeto e a

disponibilidade para a resolução de qualquer dúvida ou problema.

Ao Professor Doutor Nuno Formigo pela sua disponibilidade e amabilidade demonstrada

em me ajudar no tratamento estatístico.

À LIPOR pela sugestão de uma problemática com a qual lidam diariamente, pela

disponibilidade mostrada no esclarecimento de qualquer dúvida e incentivo.

Ao IJUP pelo apoio e incentivo demonstrado.

À Casa das Sandes dos SASUP e ao Restaurante da Multirest instalado na Faculdade

pela gentiliza em participar neste projeto, fornecendo material.

Resumo

A poluição atmosférica não se limita à emissão de dióxido de carbono, por exemplo.

Revela-se bem mais que isso. A emissão de odores por parte de certas instalações

como estações de tratamento de águas residuais ou centrais de aproveitamento de

resíduos são exemplos dessa realidade, onde o odor é considerado uma fonte de

poluição. O carácter subjetivo da avaliação de um odor torna-o difícil de definir e avaliar.

Dos tratamentos mundiais mais utilizados para minimizar este tipo de emissões

encontra-se o tratamento biológico, constituído por um meio filtrante colonizado por

microrganismos capazes de degradar os compostos odoríferos, sob determinadas

condições.

Assim, esta dissertação avalia a eficiência dos meios filtrantes selecionados. Neste caso

particular, para o meio ser selecionado tem de cumprir certos requisitos, como serem

materiais naturais abundantes no país, com valor económico reduzido ou nulo, tempo de

vida longo e proporcionar condições favoráveis ao suporte de vida microbiana. Desta

forma, os materiais sujeitos a avaliação foram a casca de eucalipto, a giesta e o tojo.

Para determinar qual dos meios filtrantes melhor se ajusta ao tratamento biológico, foi

necessário desenvolver uma estrutura que suportasse o material e permitisse a fixação

dos microrganismos. Esta unidade apresentava uma ligação a um compostor doméstico,

onde existia a produção dos gases odoríferos que eram direcionados para a

biodesodorização.

Os meios filtrantes que mais se mostraram eficientes foram a giesta e o tojo, através da

avaliação olfatométrica, isto é, por comparação dos estímulos obtidos do odor antes e

depois da passagem pelo biofiltro em causa. Concluindo, assim, que estes poderão ser

materiais passíveis de introdução em centrais de desodorização.

Palavras-chave: Tratamento biológico; Biofiltro; Odor; Material de enchimento.

Abstract

Air pollution is not limited to emissions of carbon dioxide, for example. It is much more

than that. The odor emissions from certain facilities, such as treatment plants waste

recovery or waste water stations are examples of this reality, where odor is considered a

source of pollution. The subjective nature of the assessment of an odor makes it difficult

to define and evaluate. Of the world’s most widely used treatments to minimize such

emissions is biological treatment, comprising a filter medium colonized by

microorganisms capable of degrading odoriferous compounds, under certain conditions.

This work involves the evaluation of the effectiveness of selected filter media. In this

particular case, to be the selected it has to fulfill certain requirements, such as being

abundant natural material in the country, with low or zero economic value, long life and

provide favorable conditions in supporting microbial life. The materials subjected to

evaluation were eucalyptus bark, broom and gorse.

To determine which materials best fits the filter medium in the biological treatment was

necessaried to develop a structure that supports the material and enable the fixing of the

microorganisms. This unit had a connection to an home composter, where the

production of odors gases were made and directed to biodeodorization.

The filter media that have proved effective were broom and gorse by olfactometry

evaluation. That is, by comparing the odor stimulus obtained before and after passage

through the biofilter concerned. Concluding that these materials may be insusceptible of

release of central deodorization.

Key words: Biological treatment; Biofilter; Odor; Packing material.

Índice

1 INTRODUÇÃO 1

1.1 Definição do problema e relevância do tema 1

1.2 Objetivos 3

1.3 Metodologia 3

1.4 Estrutura da tese 4

2 ESTADO DA ARTE 5

2.1 Odor 7

2.2 Unidade de odor 9

2.3 Métodos de determinação do odor 11

2.4 Fontes de odores numa CVO 12

2.5 Tratamento de odores – Desodorização 15

2.5.1 Tratamento Biológico 17

2.5.1.1 Biofiltro 20

2.5.1.2 Biopercolador 21

2.5.1.3 Bioscrubber 24

2.5.2 Fatores que influenciam o tratamento biológico 25

2.5.2.1 Meio Filtrante 26

2.5.2.2 Humidade 26

2.5.2.3 pH 27

2.5.2.4 Porosidade 27

2.5.2.5 Temperatura 27

2.5.2.6 Nutrientes 28

3 MATERIAIS E METODOLOGIA DE TRABALHO 29

3.1 Escolha dos meios filtrantes 30

3.1.1 Preparação dos materiais 34

3.2 Infraestrutura Laboratorial 35

3.3 Produção de odores e parâmetros influenciadores 41

3.4 Métodos de amostragem dos compostos odoríferos 43

3.4.1 Análise química 43

3.4.2 Análise olfatométrica 45

3.5 Análise e monitorização do meio filtrante 46

3.6 Análise e monitorização do processo de compostagem 47

3.7 Tratamento dos dados 47

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 49

4.1 Compostagem 49

4.1.1 Compostor 1 50

4.1.2 Compostor 2 56

4.2 Biofiltros 59

4.2.1 Biofiltro 1 59





4.3 Análise química 76

4.4 Análise olfatométrica 76

4.4.1 Compostor 81

4.4.2 Biofiltro A 87

4.4.3 Biofiltro B 93

4.5 Discussão comparativa dos resultados 100

5 CONCLUSÕES 105

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 109

ANEXOS 117

Lista de Quadros

Quadro 1: Efeito da concentração de odor no efeito sensorial (Epstein, 2011). ............... 9

Quadro 2: Intensidade de odor (Filho P. B., 1998). ....................................................... 10

Quadro 3: Propriedades dos compostos odoríferos associados a CVO [adaptado de

(Antunes R. M., 2006) & (Gonçalves, 2005)]. ............................................................... 15

Quadro 4: Descrição das principais vantagens e desvantagens nos vários métodos de

desodorização [ (Antunes R. M., 2006)& (Antunes & Mano, 2008) & (Rocha, 2007)&

(Balbinot, 2010)]. ........................................................................................................... 16

Quadro 5: Velocidade de biodegradabilidade de compostos voláteis (Cabral, 2003) &

(Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011). ................................................................. 19

Quadro 6: Vantagens e desvantagens dos Biofiltros convencionais [(Vedova, 2008) &

(Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011)]. ................................................................ 21

Quadro 7: Eficiência de remoção estimada para biofiltração de alguns dos compostos

odoríferos removidos [ (Antunes R. M., 2006) citando (EPA, 2003) & (Easter, Quigley,

Burrowes, & Witherspoon)]. ........................................................................................... 21

Quadro 8: Vantagens e desvantagens dos biopercoladores [(Vedova, 2008) & (Kumar,

Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011)]. .............................................................................. 23

Quadro 9: Taxa de eficiência de remoção para biopercoladores [ (Antunes R. M., 2006)

& (Malhautier, Gracian, Roux, Fanlo, & Cloirec, 2003) & (Easter, Quigley, Burrowes, &

Witherspoon)]. ............................................................................................................... 23

Quadro 10: Vantagens e desvantagens do Bioscubber [(Vedova, 2008) & (Kumar,

Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011)]. .............................................................................. 25

Quadro 11: Eficiência de remoção para bioreatores com biomassa em suspensão

(Antunes R. M., 2006) & (NGK Insulators, 2002) & (Easter, Quigley, Burrowes, &

Witherspoon)]. ............................................................................................................... 25

Quadro 12: Principais constituintes químicos de materiais naturais [adaptado de

(Martins, 2008)]. ............................................................................................................ 31

Quadro 13: Principais variáveis que promovem a emissão de odores [adaptado de

(Silvério, 2011), (Cordeiro, 2010), (Fernandes, 2012); (Epstein, 2011)]......................... 43

Lista de Figuras

Figura 1: Destino dos RU produzidos em Portugal continental, em 2012 (REA, 2013). ... 6

Figura 2: Contribuição em emissões de odor por fonte (BioCycle: composting, renewable

energy, sustainability , 2012). .......................................................................................... 6

Figura 3: Cavidade nasal e, em pormenor, as fibras nervosas do sistema olfativo

(Epstein, 2011). ............................................................................................................... 7

Figura 4: Sistema olfativo humano (Epstein, 2011). ........................................................ 8

Figura 5: Roda do odor (Epstein, 2011)......................................................................... 10

Figura 6: Avaliação do tom hedónico do odor (Filho P. B., 1998). ................................. 11

Figura 7: Esquema de medição por olfatometria dinâmica (Balbinot, 2010). ................. 12

Figura 8: Toxicidade do Sulfureto de hidrogénio (Silva M. B., 2008). ............................ 14

Figura 9: Faixa de aplicação das diferentes técnicas para o controlo de emissões

odoríferas (Vedova, 2008). ............................................................................................ 16

Figura 10: Contribuição de cada método para o tratamento de odores, em Portugal e na

Holanda (Saraiva, 2011). .............................................................................................. 18

Figura 11: Modelo do mecanismo de degradação dos compostos odoríferos pelos

microrganismos (Vedova, 2008). ................................................................................... 19

Figura 12: Esquema de uma configuração de um biofiltro (Balbinot, 2010). .................. 20

Figura 13: Configuração típica de um biopercolador (Balbinot, 2010). .......................... 22

Figura 14: Configuração típica de Bioscrubber (Vedova, 2008). .................................... 24

Figura 15: Distribuição em Portugal do Eucalyptus globulus (Plantas Invasoras em

Portugal) ....................................................................................................................... 32

Figura 16: Casca de eucalipto utilizada como meio de enchimento para biofiltro. ......... 32

Figura 18: Mapa de distribuição da giesta, em Portugal (UTAD, 2014). ........................ 33

Figura 17: Giesta na floresta (Pereira)........................................................................... 33

Figura 20: Distribuição do Tojo, em Portugal (UTAD, 2014). ......................................... 34

Figura 19: Representação do Tojo, Ulex europaeus (Floresamatxo, 2011). .................. 34

Figura 21: Protótipo para construção da instalação experimental.................................. 35

Figura 22: Compostor utilizado para o trabalho laboratorial e respetiva montagem e

enchimento. .................................................................................................................. 36

Figura 23: Sequência de montagem da rede de suporte do meio filtrante. .................... 37

Figura 24: Montagem da rede de suporte mais fina....................................................... 37

Figura 25: Ligação dos biofiltros em paralelo. ............................................................... 38

Figura 26: Montagem do sistema de humidificação gota-a-gota. ................................... 38

Figura 27: Montagem do sistema de ventilação. ........................................................... 38

Figura 28: Abertura de ligação entre o compostor e o biofiltro. ...................................... 39

Figura 29: Instalação laboratorial - resultado final. ........................................................ 39

Figura 30: Segunda fase do processo de compostagem, ao ar livre. ............................ 40

Figura 31: Termo higrómetro utilizado na experiência. .................................................. 41

Figura 32: Diagrama dos fatores condicionantes ao processo de compostagem [

(Cordeiro, 2010) citando (Cunha Queda, 1999)]. ........................................................... 42

Figura 33: Tubo Drager utilizado no ensaio experimental. ............................................. 44

Figura 34: Sistema de amostragem química. ................................................................ 44

Figura 35: Resíduos biodegradáveis introduzidos nos compostores. ............................ 50

Figura 36: Condensação da humidade no interior do compostor 1. ............................... 51

Figura 37: Evolução da temperatura no compostor 1. ................................................... 51

Figura 38: Lixiviado do compostor 1. ............................................................................. 52

Figura 39: Evolução do pH do lixiviado, correspondente ao compostor 1. ..................... 53

Figura 40: Curva típica da variação do pH ao longo do processo de compostagem

(Cordeiro, 2010). ........................................................................................................... 53

Figura 41: Humidade relativa do Composto 1. ............................................................... 54

Figura 42: Relação entre as dimensões das partículas e o tempo de compostagem

(Cordeiro, 2010). ........................................................................................................... 55

Figura 43: Compostor no exterior. ................................................................................. 55

Figura 44: Fase final do compostor 1 visivelmente com material em condições diferentes

das desejadas. .............................................................................................................. 56

Figura 45: Modificação do solo após a colocação do compostor, devido ao pH ácido do

lixiviado. ........................................................................................................................ 57

Figura 46: Evolução da temperatura no compostor 2. ................................................... 58

Figura 47: Composto com visível degradação da matéria orgânica, do compostor 2. ... 58

Figura 48: Material de enchimento do biofiltro 1. A) Casca de eucalipto cortada. B)

Material condicionado no interior do biofiltro. ................................................................ 60

Figura 49: Evolução da temperatura do Biofiltro 1. ........................................................ 61

Figura 50: Perfil da evolução da humidade do Biofiltro1. ............................................... 62

Figura 51: Casca de eucalipto mergulhada em água. .................................................... 63

Figura 52:Perfil de temperatura do Biofiltro 2. ............................................................... 63

Figura 53: Perfil da humidade relativa do biofiltro 2. ...................................................... 64

Figura 54: Casca de eucalipto no final do ensaio, com aspeto fibroso. ......................... 65

Figura 55: Quantidade de finos restantes no final do ensaio com a casca de eucalipto. 65

Figura 56: Giesta utilizada no Biofiltro 3. A) em bruto. B) giesta condicionada no biofiltro.

...................................................................................................................................... 66

Figura 57: Perfil de variação da temperatura no Biofiltro 3. ........................................... 66

Figura 58: Perfil de variação da humidade relativa no Biofiltro 3. .................................. 67

Figura 59: Aspeto final do meio filtrante do Biofiltro 3. ................................................... 68

Figura 60: Detalhe de material particulado, de cor rosada, da camada mais interna do

biofiltro 3. ...................................................................................................................... 68

Figura 61: Interior do tubo de suporte do biofiltro 3, no final do ensaio. ......................... 68

Figura 62: Quantidade de finos existente na desativação do Biofiltro 3. ........................ 69

Figura 63: Giesta utilizada no Biofiltro 4. ....................................................................... 70

Figura 64: Perfil da temperatura do Biofiltro 4. .............................................................. 70

Figura 65: Perfil da humidade relativa do Biofiltro 4....................................................... 71

Figura 66: Giesta no final da experiência, do biofiltro 4. ................................................ 72

Figura 67: Biofiltro 4 com bolor. ..................................................................................... 72

Figura 68: Tojo utilizado no Biofiltro 5. .......................................................................... 73

Figura 69: Perfil de variação da temperatura no Biofiltro 5. ........................................... 74

Figura 70: Perfil de variação da humidade relativa, do biofiltro 5. .................................. 74

Figura 71: Aspeto final do biofiltro 5. ............................................................................. 75

Figura 72: Finos registados no final do ensaio, para o Biofiltro 5. .................................. 75

Figura 73: Tojo com bolor.............................................................................................. 75

Figura 74: Composição do painel. ................................................................................. 77

Figura 75: Hábitos pessoais do painel. .......................................................................... 78

Figura 76: Análise ACP dos dados pessoais. ................................................................ 78

Figura 77: Análise ACP, grupos de indivíduos agregados. ............................................ 79

Figura 78: Análise ACP – caracterização das respondentes. ........................................ 80

Figura 79: Dendrograma correspondente aos dados pessoais. ..................................... 80

Figura 80: Deteção do odor. .......................................................................................... 81

Figura 81: Classificação da intensidade do odor. .......................................................... 81

Figura 82: Avaliação do odor. ........................................................................................ 82

Figura 83: Associação do odor para o compostor. ........................................................ 82

Figura 84: Associação do odor na classe Agressivo. ..................................................... 83

Figura 85: Análise ACP – compostor. ............................................................................ 84

Figura 86: Análise ACP – caracterização das respondentes, do compostor. ................. 85

Figura 87: Dendrograma, do compostor. ....................................................................... 85

Figura 88: Análise 2 ACP – compostor. ........................................................................ 86

Figura 89: Dendrograma análise 2, do compostor. ........................................................ 86

Figura 90: Deteção do odor para o Biofiltro A. ............................................................... 87

Figura 91: Intensidade do odor para o Biofiltro A. .......................................................... 87

Figura 92: Avaliação do odor para o Biofiltro A. ............................................................. 88

Figura 93: Associação do odor para o Biofiltro A. .......................................................... 88

Figura 94: Distribuição das respostas na classe Terra. ................................................. 89

Figura 95: Análise ACP – Biofiltro A. ............................................................................. 90

Figura 96: Análise ACP – caracterização das respondentes , do Biofiltro A. ................. 90

Figura 97: Dendrograma, do Biofiltro A. ........................................................................ 91

Figura 98: Análise 2 ACP, do biofiltro A. ........................................................................ 92

Figura 99: Caracterização das respondentes 2, do biofiltro A. ....................................... 92

Figura 100: Dendrograma 2, do Biofiltro A. ................................................................... 93

Figura 101: Deteção do odor para o Biofiltro B. ............................................................. 94

Figura 102: Intensidade do odor para o Biofiltro B. ........................................................ 94

Figura 103: Avaliação do odor para o Biofiltro B. ........................................................... 95

Figura 104: Associação do odor para o Biofiltro B. ........................................................ 95

Figura 105: Distribuição das respostas na classe Terra. ............................................... 96

Figura 106: Análise ACP, do Biofiltro B. ........................................................................ 96

Figura 107: Caracterização das respondentes, do Biofiltro B. ....................................... 97

Figura 108: Dendrograma, do Biofiltro B. ...................................................................... 97

Figura 109: Análise 2 ACP, do Biofiltro B. ..................................................................... 98

Figura 110: Caracterização das respondentes 2, do Biofiltro B. .................................... 99

Figura 111: Dendrograma 2, do biofiltro B. .................................................................... 99

Lista de Abreviaturas

µg Micrograma

ACP Análise às componentes principais

AGV Ácidos gordos voláteis

cm Centímetro

COV Compostos orgânicos voláteis

CVO Central de Valorização Orgânica

DL Decreto-Lei

EN European Standard

g Grama

kg Quilograma

m3 Metro cúbico

ºC Grau Celsius

ppm Partes por milhão

RU Resíduos urbanos

RUB Resíduos Urbanos Biodegradáveis

U.O. Unidades de odor

FCUP 1

Pesquisa de materiais com propriedades desodorizantes para gases oriundos de compostagem

1 Introdução

1.1 Definição do problema e relevância do tema

A relutância das populações na construção de certas infraestruturas industriais, perto

das suas habitações, está relacionada com as emissões de odores. Estações de

tratamento de resíduos (líquidos e sólidos), indústrias alimentares, petroquímicas,

indústrias de papel e celulose e as agroindústrias, são bons exemplos de fontes de

emissão de odores.

Associado a este fenómeno surgiu a expressão “Not in my back yard – Não no meu

quintal”, adotada por urbanistas norte-americanos, que demonstra a resistência das

populações à construção de projetos, na área envolvente às suas habitações. Devido ao

encurtamento das distâncias entre as áreas residenciais e industriais, bem como entre

áreas agrícolas e residenciais, as reclamações, preocupações com a saúde e litígios

com base em odores, são cada vez maiores (Cabral, 2003).

O comportamento incomodativo, na emissão de odores, não é só avaliado pela inalação

desagradável, como está também comprovado que afeta diretamente a saúde pública.

Foram registados casos de stress psicológico associado a insónias, perda de apetite e

mudanças de comportamento (Giuliano & Giuliano, 2002).

Pequenas concentrações de substâncias odoríferas têm elevada probabilidade de

serem emitidas, nas mais variadas atividades industriais. Apesar de diminutas, estas

concentrações são muitas vezes suficientes para afetar o sistema olfativo humano,

altamente sensível. É notório que a abrangência destes problemas é geralmente

limitada quanto ao espaço físico atingido e só persiste enquanto dura a produção de

emissões (Schwab, 2003 ).

O problema dos odores é bastante complexo pois os fatores influenciadores da geração

e proliferação dos mesmos são vários. Desta forma, a questão refugia-se no campo da

subjetividade e só é limitada segundo o Decreto-Lei nº 242/2001 e o Decreto-Lei

FCUP 2


nº181/2006, que vigoram em Portugal e impõe restriçoes à libertação de compostos

orgânicos voláteis. A nível europeu vigora a norma EN 13725 (Air quality –

determination of odour concentration by dynamic olfactometry) para determinar a

concentração de odores e avaliar o seu grau de incómodo.

Nesta linha de racicíonio, de consciência ambiental e saúde pública, surgem as

tecnologias de desodorização que têm por finalidade eliminar os compostos odoríferos

antes que estes sejam dispersos na atmosfera.

Existem vários métodos a fim de eliminar, ou reduzir de forma significativa, as emissões

odoríferas. Os processos físicos baseiam-se na transferência do poluente de uma fase

para outra, enquanto os processos químicos têm por base a oxidação ou formação de

precipitados. Já os processos biológicos consistem na transferência dos compostos

voláteis para uma fase líquida, seguida de uma degradação por microrganismos (Silva

M. B., 2008).

O tratamento biológico tem vindo a ser amplamente implementado devido aos seus

reduzidos custos quando comparados com as técnicas convencionais. Os processos

biológicos mais utilizados nesta área englobam os biofiltros, biofiltros humidificados

(biotrickling filter ou biopercoladores) e biofiltros com biomassa suspensa (bioscrubber).

Cada bioreator apresenta diferentes configurações que permite adaptar-se à realidade

pretendida (Vedova, 2008).

O funcionamento do biofiltro é simples e descrito como a passagem de afluente gasoso,

contendo compostos odoríferos que, devido à presença de uma comunidade microbiana

fixa no meio de enchimento do biofiltro, são absorvidos/adsorvidos pelos

microrganismos para os biodegradar (Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011). Os

meios de enchimento atualmente aplicados resultam da combinação entre materiais

inertes como lascas de madeira, turfa ou plástico com materiais orgânicos.

A eficiência global do processo é influenciada por vários parâmetros, nomeadamente a

escolha adequada do meio de suporte (Saravanan, Rajasimman, & Rajamohan, 2013).

As propriedades intrínsecas dos materiais, como a porosidade, capacidade de retenção

de água e microrganismos, grau de colmatação e biodegradabilidade, são a base para o

sucesso do processo biológico. A indústria em Portugal que lida com a depuração de

odores vê-se, frequentemente, obrigada a importar o meio de enchimento para os seus

biofiltros. Esta problemática traduz-se num acréscimo de custos para as empresas.

FCUP 3


Neste âmbito, ao longo desta dissertação será feita referência aos processos biológicos

na depuração de odores, mais concretamente um estudo de materiais naturais,

amplamente distribuídos e que sejam capazes de purificar o ar proveniente de meios de

compostagem. Os materiais testados podem ser resíduos de outras indústrias, com

baixo valor de mercado e de fácil obtenção. Desta forma, pretende-se investigar meios

mais competitivos, que acarretem menos custos de manutenção e que promovam a

sustentabilidade.

1.2 Objetivos

O principal objetivo desta dissertação é encontrar materiais relativamente abundantes

em Portugal, de custo reduzido e que ofereçam boas condições de estabilidade de

suporte aos microrganismos, nos biofiltros. A partir desta pesquisa é possível evitar ou

minimizar a importação de material sintético e reduzir significativamente os custos

associados à importação traduzindo-se, assim, num impacte ambiental positivo devido à

reutilização de materiais sem grande valor económico. Após a seleção de materiais o

segundo objetivo consiste em ensaiá-los e perceber o seu comportamento depurador

em meios de compostagem. Por fim, outro objetivo é perceber qual ou quais os

parâmetros mais influenciadores no processo de biofiltração.

Para determinar a viabilidade de implementação a grande escala, dos materiais

selecionados para estudo, é necessário conhecer a eficiência de remoção de poluentes

para cada meio filtrante. Assim, neste trabalho foram ensaiados três poluentes e

avaliado o desempenho de cada material, ao longo do contato com os mesmos.

1.3 Metodologia

Tendo em vista os objetivos enunciados, foi efetuada uma pesquisa bibliográfica e

selecionado um conjunto de materiais com possível interesse para meio de suporte do

biofiltro, não descurando o conhecimento da realidade nacional e as exigências

operacionais a considerar.

Desta forma, foi desenvolvida uma infraestrutura laboratorial, para ensaio dos referidos

meios de suporte, através da implementação de uma unidade de compostagem

doméstica para produção de gases odoríferos. Esta infraestrutura engloba, ainda, um

sistema de monitorização e aquisição de dados.

A avaliação do desempenho dos biofiltros foi conseguida a partir da avaliação do seu

grau de saturação e quantificação química, quando em contato com os vários poluentes

provenientes da compostagem.

FCUP 4


Os resultados obtidos foram sujeito a uma cuidada análise de modo a concluir o

resultado da investigação.

1.4 Estrutura da tese

A dissertação está dividida em cinco capítulos. Neste primeiro capítulo é feita alusão à

problemática debatida, os objetivos, a metodologia e ainda a respetiva organização do

trabalho.

O capítulo 2 descreve o estado da arte em relação ao odor e às tecnologias de

desodorização existentes, com particular realce para a biodesodorização, área onde se

insere a temática da biofiltração.

O capítulo 3 descreve a metodologia adotada durante a execução do trabalho

experimental, bem como o design e preparação dos meios de suporte dos biofiltros, os

procedimentos de operação, os equipamentos de ensaio e os parâmetros analisados.

No capítulo 4 são apresentados os resultados obtidos nos ensaios com os compostos

odoríferos, e a sua respetiva discussão.

No capítulo 5 são feitas as considerações finais obtidas pela análise e discussão dos

resultados experimentais.

FCUP

Pesquisa de materiais com propriedades desodorizantes para gases oriundos de compostagem | 5

2 Estado da arte

Várias consequências advieram da revolução industrial e do crescimento exponencial da

população mundial, sendo um deles o aumento na produção de resíduos. Indiretamente

esta realidade traduz-se numa degradação geral da qualidade do ar, uma vez que as

estações de tratamento de resíduos e de águas residuais são infraestruturas recentes.

As operações relacionadas com a gestão de resíduos são potenciadoras de emissões

de odores, afetando a saúde das populações e o ambiente envolvente à infraestrutura

(Antunes & Mano, 2008). São frequentes as reclamações e associação de certas

indústrias a emissões de odores. Desta forma, a poluição do ar assumiu um papel

relevante no quotidiano das populações e muitas técnicas têm sido desenvolvidas no

sentido de reduzir as emissões gasosas. Das técnicas investigadas, a biofiltração tem

demonstrado ser uma tecnologia eficaz e economicamente viável (Baquerizo, et al.,

2005).

Atualmente, os RU recolhidos possuem um teor em matéria orgânica considerável. São

designados como Resíduos Urbanos Biodegradáveis e são definidos no DL nº152/2002,

de 23 de maio, como resíduos que podem ser sujeitos a decomposição anaeróbia ou

aeróbia, como, são exemplo, os resíduos alimentares, de jardim, papel e cartão. O

destino final deste tipo de resíduos é essencialmente a incineração ou a deposição em

aterro, pois as taxas da recolha seletiva (14,1% do total de resíduos produzidos em

2012, em Portugal continental) por habitante, quando comparada com as taxas da

recolha indiferenciada (85,9% do total de resíduos produzidos em 2012, em Portugal

continental), ainda são diminutas (REA, 2013).

No ano de 2012, do total de 4,528 milhões de toneladas de resíduos urbanos

produzidos, um pouco mais de metade dessa quantidade (54,5%) corresponde a

resíduos urbanos biodegradáveis. O aproveitamento dos RUB é inegável, com grandes

vantagens em termos de diminuição do volume a depositar em aterro, reaproveitamento

energético e valorização orgânica, por exemplo. Os resíduos biodegradáveis são os

FCUP


selecionados para processos de compostagem, que corresponderam a 15,7% (Figura 1)

dos resíduos urbanos produzidos em 2012 em Portugal (REA, 2013).

Figura 1: Destino dos RU produzidos em Portugal continental, em 2012 (REA, 2013).

Devido à natureza dos produtos tratados, uma Central de Valorização Orgânica também

é uma fonte de odores. Aqui, os odores têm origem nos gases ou vapores emitidos

pelos materiais durante o processo de compostagem e resultam, essencialmente, da

decomposição anaeróbia dos resíduos orgânicos (Silvério, 2011). Tendo em conta a

fonte de emissão de odores, a compostagem contribui com cerca de 27,1% do total de

emissões de odores ao longo do processo de tratamento de resíduos (Figura 2).

Figura 2: Contribuição em emissões de odor por fonte (BioCycle: composting, renewable energy, sustainability , 2012).

A resolução da problemática da emissão de odores envolve o conhecimento de certos

parâmetros, na fase de projeção das infraestruturas exemplos (Antunes & Mano, 2008).

Para uma essencial gestão do odor é indispensável, ao tratamento e controlo, a

http://www.biocycle.net/wp-content/uploads/2012/04/25e.jpg

FCUP


identificação e caracterização dos odores e uma previsão do seu transporte e

distribuição.

A principal subjetividade dos odores e a poluição do ar resume-se ao facto de este não

ser considerado uma substância poluente, mas ser uma propriedade do poluente.

2.1 Odor

O odor resulta do estímulo do sistema olfativo, sendo a substância que provoca o

estímulo designada de odorante. Embora as concentrações das substâncias que

provocam o estímulo olfativo sejam baixas, só uma concentração de 10 a 50 vezes

maior do que o valor limite de deteção permite a identificação da mesma pelos seres

humanos. Daí, frequentemente, o olfato apenas identifica a presença ou ausência de

odor, em vez de quantificar a concentração ou intensidade (Iowa State University, 2004).

A capacidade de detetar um odor é muito subjetiva, pois varia muito entre indivíduos e

as suas rotinas pessoais. As diferenças entre os indivíduos são, em parte, atribuídas à

idade, hábitos tabágicos, sexo e alergias. Em geral, o sexo feminino tende a apresentar

uma maior predisposição para deteção de odores, quer sejam eles agradáveis ou não.

Fisiologicamente, o olfato depende da interação entre o estímulo produzido pelo odor e

o epitélio olfativo. A membrana olfativa é uma área sensível, com cerca de 4 a 6 cm2 em

cada narina (Figura 3).

Figura 3: Cavidade nasal e, em pormenor, as fibras nervosas do sistema olfativo (Epstein, 2011).

As células nervosas, ou recetoras, são as primeiras a detetar o odor, e localizam-se no

epitélio. A área dos cílios estende-se ao longo da camada mucosa, aumentando o

potencial de receção da área. Por fim, as células recetoras transmitem impulsos para o

bolbo olfativo localizado na base frontal do cérebro. No bolbo, as fibras do nariz

FCUP


percorrem vários outros nervos em outras regiões do cérebro (Figura 4) (Iowa State

University, 2004).

Figura 4: Sistema olfativo humano (Epstein, 2011).

O processo de adaptação ao odor consiste na capacidade de tolerância ao mesmo. Em

geral, o tempo de adaptação é maior quando existe uma mistura de odores. A amónia e

o sulfureto de hidrogénio são odorantes e são produzidos através de processos

geradores de odores, em sistemas de tratamento de águas residuais, compostagem,

queima de carvão e operações de silvicultura (Shahmansouri, Taghipour, Bina, &

Movahedian, 2005). Ambos os compostos podem causar perdas olfativas, como

resultado da exposição prolongada. A amónia pode ainda afetar o sistema nervoso

central (Iowa State University, 2004). Desta forma, assume-se expressamente

necessário a depuração do ar em meios de compostagem de forma a não sujeitar as

populações e os trabalhadores da estação a níveis limites superiores ao recomendável.

A diferença entre os odores reside na mistura complexa de moléculas orgânicas ou

minerais voláteis com propriedades físico-químicas diferentes (Filho, Wolff, Carvalho,

Costa, & Ribeiro, 2000). Em regra, os problemas de odor mais comuns são causados

por misturas de compostos altamente voláteis, com limites de deteção muito baixos e

em concentrações no ar igualmente baixas (Zarook Shareefdeen, 2005).

A grande maioria das substâncias que produzem odor encontram-se no estado gasoso,

em condições de pressão e temperatura normais ou apresentam uma volatilidade

significativa. Os pesos moleculares destas substâncias situam-se, geralmente, entre 30

a 150 g/mol. Em regra, quanto mais baixo for o peso molecular de um composto maior é

a sua pressão de vapor, resultando numa maior probabilidade de emissão para a

atmosfera. As substâncias de maior peso molecular são normalmente menos voláteis,

daí apresentarem menos impacto na produção de odor (Silva, 2008).

FCUP


2.2 Unidade de odor

A sequência dos efeitos sensoriais devido a um aumento na concentração de um

odorante é descrita consoante a sua concentração, o seu nível e o seu efeito (Quadro

2).

Quadro 1: Efeito da concentração de odor no efeito sensorial (Epstein, 2011).

Concentração Nível Efeito

1 Deteção do odor

2 Reconhecimento do odor

3 Incomodo com o odor

4 Intolerância ao odor

5 Intolerância severa ao odor

6 Irritação

7 Tóxico

A quantidade de odor é expressa numa razão de diluição (D/T – dilution to threshold) e

não em concentração. A determinação da razão é realizada por um painel de oito a dez

indivíduos que expressam o número de diluições necessárias para que 50% do painel

ainda detete o odor. O motivo pelo qual não é feita uma caracterização pela

concentração, deve-se ao facto de este poder estar presente numa grande

concentração mas o seu efeito ser pouco percetível, sendo o contrário também válido. A

descrição da qualidade dos odores é demonstrada na Figura 5, onde são utilizados oito

descritores de odor para comparação (Epstein, 2011).

Os membros do painel cheiram a amostra e atribuem-lhe uma medida nominal (Filho P.

B., 1998).

FCUP


Figura 5: Roda do odor (Epstein, 2011).

A intensidade de odor é definida como a força relativa do odor em comparação com as

concentrações padrão, geralmente do n-butanol, diluído em diferentes concentrações de

água. A intensidade é expressa em ppm onde um valor elevado de butanol corresponde

a um odor forte e uma concentração mais baixa indica um odor mais fraco (Epstein,

2011). O painel de júri atribui para cada concentração encontrada uma intensidade de

odor que é apresentado no Quadro 2.

Quadro 2: Intensidade de odor (Filho P. B., 1998).

Concentração (g/L) Nível Intensidade do odor

0,001 1 Muito Fraco

0,01 2 Fraco

0,1 3 Médio

1 4 Forte

10 5 Muito Forte

Matematicamente, a relação entre a intensidade e a concentração é descrita pela

seguinte equação:

(Equação 1)

onde,

FCUP


I é a intensidade; C corresponde à concentração em massa do odorante (mg/m3); k e n

são constantes, diferentes para cada odor ou mistura especifica de odores.

A persistência do odor é um indicador da duração de permanência do odor e uma

indicação da taxa de diluição no meio envolvente. Pode ser quantificada e representada

como uma função de resposta do odor (Epstein, 2011).

A hedonicidade do odor consiste na agradabilidade do odor. Existem várias escalas

para avaliação deste parâmetro, como exemplo, a Figura 6, que representa o modelo de

McgGinley.

Figura 6: Avaliação do tom hedónico do odor (Filho P. B., 1998).

2.3 Métodos de determinação de odor

A determinação do odor, pelo sistema olfativo humano, é muito limitativa uma vez que,

para além de só reconhecer compostos numa gama restrita, o carácter de

agradabilidade é muito subjetivo. Desta forma, a determinação e consequente

quantificação do(s) composto(s) presentes necessitam de análises mais cuidadas e que

possam concluir valores confiáveis e padronizados. Outra propriedade que torna difícil a

quantificação dos odores surge pelo facto dos odores emitidos serem misturas de vários

compostos odorantes, constituindo uma mistura complexa, nem sempre fácil de decifrar

(Silva, 2008).

Os métodos quantitativos para a medição de odores baseiam-se na avaliação sensorial

olfativa, avaliações químicas ou através de sensores eletrónicos. Cada método é

selecionado consoante o objetivo a atingir (Silva J. C., 2011). Através do método de

avaliação sensorial olfatométrica pretende-se determinar a concentração do odor

(Figura 7). As unidades de medição do odor através da olfatometria dinâmica são as

unidades de odor por metro cúbico [U.O./m3] que numericamente se traduzem na razão

necessária para atingir o limiar de diluição do odor, ou seja, a concentração mínima

detetada por 50% do painel (Brattoli, Gennaro, Pinto, Loiotile, Lovascio, & Penza, 2011).

De forma análoga, a norma europeia EN 1375/2003 Air Quality – determination of odour

concentration by dinamic olfactometry sistematiza de forma uniforme, para toda a

comunidade europeia, a determinação da concentração de odores por olfatometria

dinâmica. Neste caso particular, é exigido ao painel uma sensibilidade treinada para a

unidade de odor que equivale a 123 µg/m3 de n-butanol.

FCUP


Figura 7: Esquema de medição por olfatometria dinâmica (Balbinot, 2010).

A grande vantagem da utilização deste método é a correlação direta entre a

concentração do odor e o estímulo do sistema olfativo humano decorrente do contato, o

que se mostra útil para avaliação do incómodo das populações.

Os métodos químicos têm por base a utilização de técnicas convencionais para a

identificação e quantificação das moléculas presentes numa amostra de gás odorífero.

Tem como grande vantagem a objetividade, repetibilidade e precisão (Cabral, 2003).

Uma técnica amplamente implementada, neste tipo de métodos, é a cromatografia

gasosa, onde também se pode acoplar o espectrómetro de massa, que determina as

substâncias presentes bem como a sua concentração. Contudo, uma das grandes

limitações da técnica é a gama de concentrações em que os compostos existem

ultrapassam o limite de deteção do equipamento. São, também, técnicas bastante

dispendiosas (Brattoli, Gennaro, Pinto, Loiotile, Lovascio, & Penza, 2011).

Muitas vezes utilizam-se ambos os métodos (quer a olfatometria dinâmica quer a

cromatografia gasoso/espectrómetro de massa) para um resultado mais consistente

(Cabral, 2003).

Outro equipamento referenciado na literatura é o nariz eletrónico. É um equipamento

eletrónico que permite a deteção automática e classificação de odores, onde o software

interpreta o sinal dos sensores, de recolha dos dados, pelo espetro medido

comparando-o com a sua base de dados (Balbinot, 2010).

2.4 Fontes de odores numa CVO

Numa Central de Valorização Orgânica, por lidar com resíduos biodegradáveis em

decomposição, ocorrem diariamente emissões de odores provenientes da degradação

FCUP


da matéria orgânica. Por outro lado, a libertação excessiva de odores pode indicar um

defeito no processo, daí ser tão importante a monitorização.

Uma vez que, durante este trabalho, a produção de odores se realizou com recurso à

compostagem doméstica é fundamental conhecer quais os fenómenos decorrentes

numa CVO e quais os compostos libertados. Assim, os principais compostos emitidos

por uma CVO, resultando em odores incomodativos de natureza mineral e orgânica, são

essencialmente compostos azotados e sulfurados como são o caso da amónia, sulfureto

de hidrogénio, mercaptanas e ácidos gordos voláteis (Gonçalves, 2005).

Anteriormente estes compostos já foram referenciados que existindo em concentrações

elevadas e uma exposição prolongada podem causar problemas de saúde, sendo

portanto essencial o seu tratamento.

O amoníaco é um gás incolor, resultado da decomposição de compostos azotados

como são exemplo a ureia e as proteínas. O seu odor característico é descrito como

pungente. O seu limite de deteção encontra-se entre 25 a 50 ppm [(Antunes R. M.,

2006) & (Gonçalves, 2005)].

O sulfureto de hidrogénio caracteriza-se pelo seu cheiro a ovos podres, forma-se em

condições de défices de oxigénio, presença de matéria orgânica e sulfato (Silva M. B.,

2008). Em condições anaeróbias, o sulfato é reduzido a sulfureto (S2-), seguido da

combinação com o hidrogénio formando o H2S. As equações seguintes demonstram

quimicamente o processo (Silvério, 2011).

2CH3CHOHCOOH + SO42- → 2CH3COOH + S2- + 2 H2O + 2 CO2 (Equação 2)

4H2 + SO42- → S2- + 4H2O (Equação 3)

S2- + 2H+ → H2S (Equação 4)

Uma das grandes particularidades do sulfureto de hidrogénio é ser detetável em

concentrações muito baixas (0,1 ppm), podendo mesmo assim causar problemas de

saúde (Figura 8).

Lactato Lactato Sulfato

Acetato Ião Sulfureto

FCUP


Figura 8: Toxicidade do Sulfureto de hidrogénio (Silva M. B., 2008).

Os compostos orgânicos sulfurados, das quais as metil-mercaptanas fazem parte,

resultam da decomposição em meios aeróbios ou anaeróbios que contêm enxofre. O

seu odor característico é a couves em decomposição. É um gás incolor e inflamável,

sendo um constituinte da degradação dos alimentos no corpo humano. A sua ocorrência

no ar resulta da sua emissão durante a degradação da matéria orgânica (Antunes R. M.,

2006). Por oxidação, as metil-mercaptanas originam o dissulfureto de metilo e o

sulfureto de dimetilo, igualmente de odor fétido e a couves podres, respetivamente

(Gonçalves, 2005). Bioquimicamente o metil-mercaptano pode ser hidrolisado em álcool

metílico e sulfureto de hidrogénio (Silvério, 2011).

Os ácidos gordos voláteis (AGV) caracterizam-se pelo seu odor pungente e a vinagre,

resultando de produtos em condições de falta de arejamento da massa de resíduos

orgânicos, em decomposição aeróbia. Este grupo é o principal causador de maus

odores em compostagem (Gonçalves, 2005).

O Quadro 3 resume as principais propriedades dos compostos odoríferos acima

enunciados.

FCUP


Quadro 3: Propriedades dos compostos odoríferos associados a CVO [adaptado de (Antunes R. M., 2006) & (Gonçalves,

2005)].

Composto odorífero Fórmula química

Peso molecular

[g/mol]

Limite de

deteção [ppm]

Limite de

deteção [µg/m3]

Descrição do odor

Compostos azotados

Amónia NH3 17,04 0,037 100-

11600 Picante

Compostos Sulfurados

Sulfureto de Hidrogénio

H2S 34,08 0,00047 0,76 Ovos podres

Metil-Mercaptanas

CH3SH 48,01 0,0011 0,003 –

38

Couve ou alho em

decomposição

Sulfureto de dimetilo

(CH3)2S 62,14 0,001 0,34 –

1,1 Vegetais em

decomposição

Dissulfureto de dimetilo

(CH3)2S2 94,20 1,1 46 Putrefação

AGV

Acético CH3COOH 60,05 0,025 –

6,5 43 Vinagre

Butírico C3H7COOH 88,11 0,0004 -

3 0,35 – 86 Ranço

2.5 Tratamento de odores – Desodorização

Existem várias medidas que podem ser tomadas na depuração do ar, entre elas é

possível escolher entre os métodos químicos, físicos e biológicos. A aplicação destes

métodos destina-se à remoção de compostos odoríferos presentes no ar em atmosferas

ocupacionais, interiores ou abertas. Cada método apresenta vantagens e desvantagens,

sendo que o método ótimo adapta-se melhor à desodorização e às condições de

equipamento, em causa (Takagi, Tanaka, Kamori, & Aritome, 1996).

O presente trabalho incide concretamente sobre os métodos biológicos sendo que será

dado especial ênfase a este tipo de tratamento.

A maioria dos métodos físicos e químicos foram desenvolvidos durantes as últimas

décadas, culminando no seu profundo conhecimento e ampla aplicação, enquanto os

métodos biológicos têm vindo a ser alvo de aprimoramento do processo. No Quadro 4

são demonstradas as principais tecnologias de controlo de emissões odoríferas, assim

FCUP


como as suas principais características, vantagens e desvantagens (Chernicharo,

Stuetz, Souza, & Melo, 2010).

Muito embora existam várias técnicas para o controlo de emissões odoríferas, a seleção

em particular, ou a combinação entre várias técnicas, depende do caudal do gás e da

concentração do gás odorífero afluente (Chernicharo, Stuetz, Souza, & Melo, 2010). A

Figura 9 demonstra a gama típica de aplicação das várias tecnologias consoante a

concentração do gás.

Figura 9: Faixa de aplicação das diferentes técnicas para o controlo de emissões odoríferas (Vedova, 2008).

Segundo (Antunes & Mano, 2008) e (Rocha, 2007) os métodos, atualmente, mais

utilizados na desodorização de afluentes odoríferos são a adsorção gás-líquido,

adsorção gás-sólido e o tratamento biológico (Quando 4).

Quadro 4: Descrição das principais vantagens e desvantagens nos vários métodos de desodorização [ (Antunes R. M., 2006)& (Antunes & Mano, 2008) & (Rocha, 2007)& (Balbinot, 2010)].

Tecnologia Descrição do processo Vantagens Desvantagens

Adsorção gás-líquido

Também designada de lavagem química promove o contacto entre as duas fases de estado para que os compostos odoríferos sejam adsorvidos pelo líquido.

Apto a variações de concentração do afluente;

Comprovada eficiência de adsorção de alguns compostos;

Capaz de operar com grandes volumes de ar eficazmente.

Os gases adsorvidos devem ser sujeitos a tratamento caso não haja recirculação;

Possível ocorrência de volatilização dos compostos químicos do líquido de lavagem e consequente saída com o ar tratado;

Custos de manutenção relativamente altos;

FCUP


Necessita de pré-filtro;

Não é bem adaptado à remoção de COV, especialmente de compostos com baixa solubilidade;

Adsorção gás-sólido

O gás odorífero é forçado a atravessar um meio filtrante constituído por um material sólido adsorvente capaz de reter e fixar na sua superfície os compostos odoríferos.

Eficácia comprovada e consistente para vários compostos odoríferos;

Possibilidade de aumento da adsorção por adição de aditivos químicos;

Baixo investimento.

O adsorvente satura facilmente pelo que é mais vantajoso na aplicação de ar odorífero mais diluído;

A regeneração pode ser dispendiosa, difícil e morosa;

As poeiras e humidade no ar podem colmatar o material adsorvente;

O destino final dos adsorventes e subprodutos podem ser um problema.

Tratamento Biológico

Baseiam-se na decomposição de compostos odoríferos presentes num fluxo de ar poluído realizada através de microrganismos em meio aquoso.

Apto a tratar uma vasta gama de compostos odoríferos;

Não necessita de agentes químicos;

Comprovada eficácia para tratamento de COV’s;

Baixo investimento e manutenção.

Necessita de grandes áreas de implementação;

Pouco apto a alterações no processo;

Necessidade de controlo permanente de vários parâmetros.

2.5.1 Tratamento Biológico

Ao longo das últimas décadas, grandes quantidades de poluentes industriais foram

emitidos para o ambiente causando problemas de poluição do ar. Devido ao enorme

grau de toxicidade e capacidade de acumulação desses poluentes, a deterioração

ambiental e qualidade do ar tornaram-se assuntos suscitáveis de regulamentação

legislativa e de investigação de metodologias, menos impactantes e economicamente

tão viáveis como as tradicionais. Neste campo surge a biofiltração que têm demonstrado

FCUP


ser economicamente viável, consistente e eficaz no tratamento e controlo de emissões

gasosas [ (Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011) & (Vedova, 2008)].

Inicialmente, os biofiltros foram projetados para o tratamento de águas residuais. Como

é possível aferir na Figura 10 a Holanda, muito antes de Portugal, recorria

maioritariamente aos processos biológicos para o tratamento de odores com 78% do

total dos processos utilizados, enquanto Portugal, anos mais tarde, ficava ainda aquém,

na aplicação deste método.

Figura 10: Contribuição de cada método para o tratamento de odores, em Portugal e na Holanda (Saraiva, 2011).

O sistema de controlo de odores de uma instalação de compostagem é,

predominantemente, a biofiltração. Este sistema é aplicado em áreas ou em condições

em que o ar pode ser confinado e tratado. Raramente se recorre a processos químicos

(Epstein, 2011).

O princípio básico da biofiltração consiste na passagem dos compostos químicos

odoríferos, presentes no fluxo de gás, através de um meio filtrante colonizado com

microrganismos aeróbios ativos. Apesar de ser uma tecnologia relativamente simples, a

sua otimização depende diretamente de vários parâmetros operacionais e da seleção

mais apropriada do material de suporte, da comunidade microbiana (A. Barona, 2004).

O mecanismo de degradação dos compostos odoríferos, ilustrado na Figura 11,

compreende inicialmente a dissolução dos gases em água, onde as substâncias

odoríferas serão adsorvidas e absorvidas, pelos microrganismos. Seguidamente, os

compostos odoríferos absorvidos são oxidados e decompostos pelas microbiologia

existente, e onde as bactérias adquirem energia pela oxidação dos compostos

odoríferos (Takagi, Tanaka, Kamori, & Aritome, 1996).

O processo de biodegradação pode ser descrito, em termos de reação química, como

(Selvi B. Anit):

Poluente orgânico + O2 → CO2 + H2O + Calor + Biomassa (Equação 5)

FCUP


Figura 11: Modelo do mecanismo de degradação dos compostos odoríferos pelos microrganismos (Vedova, 2008).

O papel da água é fundamental para o desenvolvimento do processo, facto que

fundamenta a razão pela qual a humidade é considerada um parâmetro tão importante

na regulação dos sistemas de biofiltração. Além disso explica, também, a variação da

eficiência do processo que diminui à medida que a humidade também diminui.

Como as emissões odoríferas resultam de matéria orgânica em decomposição, ou seja,

geradas através de processos biológicos, estas são consideradas também

biodegradáveis. A biodegradabilidade equivale à degradação dos processos biológicos

naturais de um composto e depende da estrutura química que o constitui. As taxas de

remoção e oxidação são função da biodegradabilidade e reatividade das emissões

gasosas (Silvério, 2011).

Segundo (Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011) a biodegradabilidade do composto

pode ser lenta ou rápida dependendo da química que o constitui. O Quadro 5 faz a

distinção entre a velocidade de biodegradação para vários compostos (Cabral, 2003).

Quadro 5: Velocidade de biodegradabilidade de compostos voláteis (Cabral, 2003) & (Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011).

Velocidade de

biodegradabilidade Compostos

Alta Álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos orgânicos, aminas,

mercaptanas, H2S, NOx, SO2, HCl, NH3, PH3, SiH4, HF

Baixa Hidrocarbonetos, fenóis

Muito baixa Hidrocarbonetos halogenados, hidrocarbonetos

poliaromáticos, CS2

FCUP


Apesar dos processos biológicos terem todos por base a degradação dos poluentes por

uma comunidade microbiana, o equipamento necessário ao processo pode adquirir

diferentes configurações, que diferem pela alimentação da humidificação do sistema

(Vedova, 2008), complexidade, parâmetros de controlo e volume ocupado (Kumar,

Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011). Assim, existem três configurações possíveis: os

biofiltros convencionais, os biopercoladores e os bioscrubbers.

2.5.1.1 Biofiltro

O biofiltro consiste num reator habitado por microrganismos, através do qual o ar

odorífero atravessa, geralmente em sentido ascendente (McNevin & Barford, 2000). A

biomassa está fixa, ao longo de todo o processo, ao meio de enchimento, formando um

biofilme, em fase aquosa (Balbinot, 2010). Como a alimentação de água não é contínua,

isto implica uma escolha seletiva no material de enchimento para o biofiltro. Motivo pelo

qual serem muitas vezes escolhidos suportes orgânicos que retêm os nutrientes e a

humidade (Vedova, 2008). Este tipo de configuração é a mais simples e foi a primeira a

ser projetada para a remoção de odores (Vedova, 2008) (Figura 12).

Figura 12: Esquema de uma configuração de um biofiltro (Balbinot, 2010).

Os parâmetros operacionais mais importantes de monitorização, nesta configuração de

reator, são a composição e concentração do ar odorífero, a temperatura, a humidade, o

pH, a disponibilidade em oxigénio e nutrientes, tempo de retenção, a compactação do

meio filtrante e a distribuição do ar odorífero [(Antunes R. M., 2006) citando

(USEPA,2003)].

As vantagens e as desvantagens deste tipo de reator são apresentadas no Quadro 6.

FCUP


Quadro 6: Vantagens e desvantagens dos Biofiltros convencionais [(Vedova, 2008) & (Kumar, Rahul, Kumar, &

Chandrajit, 2011)].

Reator Vantagens Desvantagens

Biofiltro Convencional

Operação simples;

Baixos custos de investimento e manutenção;

Eficaz no tratamento de odores;

Boa eficiência na remoção de compostos com baixa solubilidade.

Rápida degradação do meio filtrante;

Sensível a variações climáticas;

Impossibilidade de controlo do pH e nutrientes;

Excesso de biomassa como subproduto.

O objetivo da aplicação deste tratamento de odores é a remoção dos compostos

odoríferos em que, tal como apresentado no Quadro 7, as taxas de eficiência de

remoção estimadas são superiores a 80% no caso do amoníaco e superior a 95% para

o sulfureto de hidrogénio. De ressalvar que a remoção de odores, através deste

processo, é superior a 80% o que constitui uma grande vantagem.

Quadro 7: Eficiência de remoção estimada para biofiltração de alguns dos compostos odoríferos removidos [ (Antunes R.

M., 2006) citando (EPA, 2003) & (Easter, Quigley, Burrowes, & Witherspoon)].

Parâmetro Eficiência de remoção (%)

Amoníaco (NH3) ˃ 80

Aminas ˃ 60

Sulfureto de hidrogénio (H2S) ˃ 95

Mercaptanas e compostos sulfurados reduzidos ˃ 90

Compostos orgânicos voláteis ˂ 90

Odor ˃ 80

2.5.1.2 Biopercolador

Também referidos por lavadores biológicos, os biopercoladores têm como principal

característica a circulação contínua da fase líquida. Os mesmos princípios dos biofiltros

convencionais são também corretos para este tipo de reator, contudo a contínua

alimentação de humidade implica condições de configuração diferentes.

FCUP


Comparativamente aos biofiltros convencionais apresentam maior rendimento no

tratamento de compostos que originam ácidos como subprodutos, como é o caso do

H2S. Isto justifica a sua grande aplicabilidade em processos que originam grandes

concentrações de sulfureto de hidrogénio. E muito embora os custos de investimento

sejam maiores a longo prazo são preferíveis.

Como a humidade é sempre garantida, os materiais filtrantes usados neste tipo de

reator são de origem sintética e inertes como são exemplos cerâmicos, plásticos,

rochas, cascalho e vidro [(Vedova, 2008) & (EPA, 2003)]. A recirculação da água

promove o desenvolvimento e o crescimento microbiano (Silva M. B., 2008).

A Figura 13 ilustra esquematicamente um biopercolador e os seus componentes.

Figura 13: Configuração típica de um biopercolador (Balbinot, 2010).

A grande desvantagem deste tipo de bioreator é a necessidade de fornecimento de

nutrientes à biomassa, uma vez que o meio filtrante não consegue colmatar essa

necessidade.

Comparativamente aos biofiltros convencionais os lavadores biológicos permitem o

controlo de parâmetros essenciais à operação, tais como o pH, a temperatura e a

composição mineral da biomassa. Os grandes problemas destes reatores envolvem a

degradação do meio filtrante, pois a biomassa pode crescer rapidamente

comprometendo a eficiência de todo o processo. O Quadro 8 faz uma síntese entre as

principais vantagens e desvantagens dos biopercoladores.

FCUP


Quadro 8: Vantagens e desvantagens dos biopercoladores [(Vedova, 2008) & (Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit,

2011)].


Biopercolador

Configuração simples e

flexível;

Possibilidade de controlo

de parâmetros de operação

(pH, temperatura, etc.);

Elevada capacidade de

remoção de H2S;

Melhor capacidade de

adaptação dos

microrganismos;

Capacidade de tratamento

de produtos ácidos gerados

pelos COV;

Rejeição de sub-produtos e

substâncias tóxicas.

Adsorção pode ser um passo

determinante na evolução do

processo;

Colmatação do meio filtrante devido

ao crescimento excessivo da

biomassa;

Material filtrante necessita de

substituição;

Configuração mais complexa e com

maiores custos de investimento e

manutenção em comparação com os

biofiltros convencionais.

As taxas de eficiência de remoção são apresentadas no Quadro 9 para este tipo de

bioreator, mostrando-se mais eficiente na remoção de amoníaco e de odores, em

comparação com os biofiltros convencionais.

Quadro 9: Taxa de eficiência de remoção para biopercoladores [ (Antunes R. M., 2006) & (Malhautier, Gracian, Roux,

Fanlo, & Cloirec, 2003) & (Easter, Quigley, Burrowes, & Witherspoon)].


Amoníaco (NH3) ˃ 95

Aminas -

Sulfureto de hidrogénio (H2S) ˃ 95

Mercaptanas e compostos sulfurados reduzidos 80 - 90

Compostos orgânicos voláteis -

Odor ˃ 90

FCUP


2.5.1.3 Bioscrubber

Os bioscrubbers (Figura 14) são reatores caracterizados pelo processo se desenrolar

em duas instalações diferentes. Além disso, diferenciam-se das restantes configurações

porque os microrganismos encontram-se livremente suspensos, na fase líquida.

Este bioreator surge como um aprimoramento dos biopercoladores, para aumentar a

capacidade de absorção de poluentes no interior do líquido e prolongar o tempo de

contato, entre os microrganismos e os poluentes (EPA, 2003). A sua grande aplicação

existe para poluentes muito solúveis, com baixa volatilidade e biodegradabilidade lenta

(Silva M. B., 2008) citando (Belli et al, 2001).

A técnica de biolavagem realiza-se, primeiramente, na unidade de absorção onde as

substâncias orgânicas presentes no ar são absorvidas e transferidas para a fase

aquosa. Posteriormente, a fase líquida arrasta os poluentes transferindo-os para o

bioreator onde, por ação dos microrganismos, os compostos são oxidados [ (Vedova,

2008) & (Silva M. B., 2008)].

Figura 14: Configuração típica de Bioscrubber (Vedova, 2008).

O Quadro 10 sintetiza as principais vantagens e restrições da aplicação dos

bioscrubbers.

FCUP


Quadro 10: Vantagens e desvantagens do Bioscubber [(Vedova, 2008) & (Kumar, Rahul, Kumar, & Chandrajit, 2011)].


Bioscrubber

Requer volumes pequenos;

Bom controlo do processo;

Adaptado para grandes

concentrações de poluentes;

Boa estabilidade;

Configuração bem conhecida.

Envolve elevados custos de

investimento e manutenção;

Grande produção de biomassa;

Trata apenas compostos solúveis;

Difícil de operar e monitorizar;

Possível saída dos

microrganismos do reator.

A eficiência de remoção para este tipo de bioreator é apresentado no Quadro 11, onde

é, ainda, feita uma distinção consoante o tipo de bolha de transporte dos compostos

odoríferos.

Quadro 11: Eficiência de remoção para bioreatores com biomassa em suspensão (Antunes R. M., 2006) & (NGK

Insulators, 2002) & (Easter, Quigley, Burrowes, & Witherspoon)].


Bolha fina Bolha média

Amoníaco (NH3) - ˃ 90

Aminas - -

Sulfureto de hidrogénio (H2S) ˃ 99,5 85 – 92

Mercaptanas e compostos sulfurados reduzidos - -

Compostos orgânicos voláteis - -

Odor ˃ 99,5 90 – 95

2.5.2 Fatores que influenciam o tratamento biológico

Algumas variáveis como temperatura, pH, disponibilidade em oxigénio, nutrientes e teor

em humidade, por exemplo, limitam o desenvolvimento da atividade microbiana. Desta

forma, os bioreatores destinados ao tratamento de compostos odoríferos deverão

fornecer condições favoráveis para um crescimento adequado da biomassa. Isto implica

FCUP


uma seleção minuciosa dos materiais que irão interferir na reação de absorção e a

monitorização de certos fatores, de modo a garantir as condições ideias. Muitos destes

parâmetros estão diretamente relacionados com as propriedades do meio filtrante

(kumar, V.Sridevi, N.Harsha, lakshmi, & K.Rani, 2013). O não ajustamento dos

parâmetros implica um decréscimo na eficiência de remoção dos compostos

pretendidos (Silvério, 2011).

O método biológico consiste, essencialmente, em duas etapas: a primeira a adsorção

dos contaminantes ao ar e, posteriormente, a sua biodegradação devido à atividade

microbiana que se desenvolve no meio filtrante, numa película designada por biofilme

(Tymczyna, Chmielowiec-Korzeniowska, & Saba, 2004). Isto significa que o material de

enchimento funcionará como “a casa” da biomassa, envolvendo todos os outros

parâmetros da biofiltração, pois é lá que se irá desenrolar a bio-oxidação.

2.5.2.1 Meio filtrante

O material filtrante deve ter capacidade de fornecer e armazenar nutrientes, humidade,

pH com capacidade tampão, temperatura estável, grande área superficial para

maximizar a capacidade de adsorção e elevada percentagem de poros para maximizar

o tempo de contato (Akdeniz, Janni, & Salnikov, 2011).

Os materiais de origem orgânica são historicamente utilizados como meio filtrante,

embora nos últimos anos os materiais sintéticos tenham demonstrado eficácia na

depuração de gases (Hudock, 2007).

Sendo o objetivo desta dissertação a pesquisa de novos materiais filtrantes, estas

propriedades foram tidas em consideração aquando da escolha dos materiais alvo de

teste, assim como a sua disponibilidade e baixo custo.

Foi ainda tido em consideração o tempo de vida útil do meio, que depende das

características do próprio meio filtrante e das condições operacionais. Também a troca

do leito pode ser uma tarefa complicada e morosa que implique a paragem do processo

durante vários dias, pelo que este aspeto deve ser alvo de atenção.

2.5.2.2 Humidade

A humidade é considerada, por vários autores, o parâmetro fundamental do processo de

biofiltração. A humidade é responsável pela circulação de oxigénio e nutrientes até aos

microrganismos assim como é essencial para a sua sobrevivência. É ainda necessária à

ocorrência da adsorção e oxidação. O seu controlo assume assim um grande destaque

FCUP


no que toca à eficiência do processo. É difícil de regular mas, o seu valor ótimo situa-se

entre os 40 – 65% consoante o tipo de material de enchimento (Converti & Zilli, 1999).

Se a humidade estiver em valores mais baixos do que os indicados poderá ocorrer

colmatação do meio, diminuição da atividade microbiana, formação de canais

preferenciais que reduzem o tempo de residência dos poluentes e aumento dos gastos

energéticos (Converti & Zilli, 1999). Por outro lado, o excesso em água promove a

oclusão dos poros do material filtrante, reduzindo o tempo de residência e afetando

diretamente a eficiência do processo que, por sua vez, afeta a distribuição de oxigénio e

favorece a criação de zonas anaeróbias causadoras de maus odores.

2.5.2.3 pH

O estudo do valor de pH faz uma estimativa às condições de arejamento que existem no

biofiltro, porque o efeito do pH nos processos biológicos resulta, de forma indireta, da

sua atividade e da velocidade das reações enzimáticas (Converti & Zilli, 1999). O valor

de pH pode variar entre 5 e 9 mas, os valores ótimos do processo, estão entre 6 e 8. Os

problemas advindos do abaixamento do pH podem ser corrigidos com adição de cal ou

derivados.

2.5.2.4 Porosidade

A porosidade resulta do processo de degradação da matéria orgânica, que ocorre

naturalmente, ao longo do tempo. Durante a degradação da matéria orgânica são

libertadas partículas mais finas que podem entupir os canais de ventilação e, assim,

limitar o fluxo de ar. O meio de enchimento deve ter uma porosidade elevada e ser

constituído por partículas de dimensões uniformes, igualmente com uma elevada

superfície especifica. O valor ótimo para a porosidade encontra-se entre 35 e 50% (Silva

J. C., 2011).

2.5.2.5 Temperatura

A temperatura influencia o crescimento microbiano através dos seus efeitos sobre a

atividade enzimática e vários processos metabólicos. Desta forma, é recomendável que

a gama de temperatura no biofiltro seja inferior a 40ºC, para um valor ótimo de 35ºC.

As temperaturas elevadas destroem a biomassa, reduzindo a eficiência da absorção e

adsorção e aumentam a volatilidade dos compostos odoríferos. No outro extremo, as

temperaturas mais baixas, inibem a atividade microbiana e a consequente

biodegradação dos compostos (Silvério, 2011).

FCUP


A manutenção da temperatura deverá considerar, também, a contribuição do calor

produzido pela atividade biológica, sendo que a monitorização deste parâmetro é vital

para o bom desempenho do biofiltro (Liao, Tian, Zhu, Chen, & Wang, 2008).

2.5.2.6 Nutrientes

A água é o vetor responsável por fazer chegar os nutrientes a toda a área do biofiltro.

No entanto, por vezes existe a necessidade de fornecer, de forma espaçada no tempo,

nutrientes para colmatar défices de substâncias essenciais à microbiologia. A adição

contínua de nutrientes não é recomendável porque promove o crescimento exponencial

da biomassa que pode colmatar o leito.

A monitorização dos vários parâmetros, em gamas de valores ótimos ou

recomendáveis, viabiliza o melhor desempenho da comunidade microbiana. O controlo

do pH, humidade, temperatura, ausência de compostos tóxicos e nutrientes, permite o

desenvolvimento de condições favoráveis às atividades metabólicas, garantindo a

eficiência na remoção. No Quadro I, no anexo I, são resumidos os parâmetros

necessários ao dimensionamento e operação para cada tipo de bioreator de forma a

conseguir-se maior rentabilidade dos processos biológicos.

FCUP


3 Materiais e Metodologia de Trabalho

A elaboração de um dispositivo experimental com vista à depuração de compostos

odoríferos por materiais naturais envolve, antecipadamente, uma avaliação da

disponibilidade e caracterização desses mesmos materiais. Por forma a se cumprir as

metas delineadas, o ensaio laboratorial exige a definição das condições do ensaio, um

inventário do equipamento necessário e a escolha do método de registo dos dados

obtidos.

A projeção e montagem de um dispositivo experimental de biofiltração constituem numa

das etapas mais importantes na demonstração da capacidade que certos materiais

naturais têm em purificar o ar quando estes estão carregados de compostos odoríferos.

De forma a concretizar os objetivos propostos nesta dissertação, efetuou-se uma

pesquisa de possíveis materiais naturais que funcionassem como meios filtrantes num

sistema de biofiltração. Selecionou-se o método de avaliação da capacidade de

remoção e quais os gases com maior contributo para emissões odoríferas.

A escolha dos materiais teve por base a sua disponibilidade e abundância em Portugal,

o seu valor económico, o seu tempo de vida útil e uma necessidade de manutenção

reduzida. Estes foram os fatores considerados mais importantes na gestão de um meio

filtrante comparativamente à situação atual vivida em empresas que lidam diretamente

com esta problemática. Foi ainda considerado o potencial de reutilização de materiais

considerados como resíduos de outras indústrias e que, consequentemente, têm como

destino final a incineração ou deposição em aterro. Depois de estabelecidos estes

parâmetros, e analisando as características intrínsecas dos materiais, avaliou-se o teor

em humidade e lenhina. No decorrer da pesquisa bibliográfica este parâmetro foi

referido como condicionante na longevidade do material. Modelos matemáticos

comprovados sugerem que quanto menores forem os teores de humidade e lenhina

mais rapidamente o material secará deixando de efetuar o processo de absorção dos

compostos odoríferos. Por fim, este foi considerado o último crivo na seleção dos

materiais.

FCUP


Para a avaliação da eficiência dos biofiltros recorreu-se, mais concretamente, à

compostagem doméstica, para a produção dos gases odoríferos. Na impossibilidade de

monitorizar todos os compostos libertados na compostagem selecionaram-se a amónia,

o sulfureto de hidrogénio e o sulfureto de dimetilo, como sendo os maiores contribuintes

na produção de maus odores, na área envolvente à instalação. Foram também

escolhidos por serem gases com limites de emissão restritos e causadores de

problemas de saúde publica, quando mal monitorizados.

Para determinar a concentração dos gases selecionados gerados na compostagem e

libertados após a passagem pelos biofiltros, utilizaram-se tubos colorimétricos que, na

presença no ar da substância, no local de amostragem, mudam a sua cor e

quantificando numa escala a concentração da mesma.

Em paralelo, e à semelhança do que ocorre na indústria, foram realizadas análises

olfatométricas, onde um painel de indivíduos qualificou a sua resposta ao odor, quando

em contato com os gases libertados na compostagem e nos diferentes biofiltros. Esta

técnica assume um papel importante pois, não é só interessante avaliar a redução da

concentração dos compostos, como também avaliar a perceção da redução ao odor ao

longo do processo.

3.1 Escolha dos meios de enchimento

Para a escolha adequada do material de enchimento do biofiltro foi realizada uma

pesquisa bibliográfica dos materiais já testados em processos de biodesodorização,

assim como materiais com propriedades idênticas às existentes e que, alvo de um

estudo mais aprofundado, os possam substituir. Resumidamente os materiais

selecionados tinham de cumprir, no todo ou parcialmente, as seguintes premissas:

Disponibilidade e abundância no país;

Valor económico reduzido ou nulo;

Tempo de vida útil longo;

Reduzida manutenção;

Capacidade de alojar microrganismos e reter humidade;

Elevada área superficial;

Poderem ser desperdícios de outras indústrias;

Baixa biodegradabilidade;

Serem materiais que ainda não foram testados.

FCUP


O Quadro 12 apresenta uma síntese das principais propriedades de certos materiais,

que auxiliaram na escolha final dos materiais testados. Desta forma, e consolidando

todo os dados recolhidos, foram selecionados como meios de enchimento: casca de

eucalipto, giesta e tojo (Figura 16, Figura 17 e Figura 19).

Quadro 12: Principais constituintes químicos de materiais naturais [adaptado de (Martins, 2008)].

Material Solúveis Hemicelulose Celulose Lenhina Norg SV

Casca de Eucalipto 29,36 19,00 46,20 5,53 0,17 92

Pinho 7,45 16,77 50,48 25,38 0,09 99,00

Feto 38,10 15,95 29,85 15,56 1,09 91,55

Silva 43,14 18,92 26,66 11,38 0,85 93,86

Giesta 32,82 17,98 34,66 14,94 1,79 98,14

Tojo 19,84 22,64 41,84 15,98 0,95 97,99

Casca de Pinho 24,64 11,18 25,54 39,08 0,18 99,25

Grainha 6,17 12,11 11,90 69,90 2,61 99,37

Carqueja 36,13 14,04 26,97 23,47 1,15 98,50

Vide 25,03 26,31 36,65 12,30 0,76 96,82

Faia 7,94 26,26 55,82 10,62 0,12 93,86

Cerejeira 41,93 18,29 22,76 17,40 1,43 93,33

P. Aveia 26,85 32,29 36,57 4,45 0,54 93,67

Eucalipto 42,40 18,50 25,62 13,75 1,22 94,56

Engaço de uva 20,06 15,52 29,14 34,97 1,67 94,84

Macieira 35,85 22,90 26,73 14,92 1,13 94,96

Laranjeira 30,22 21,19 36,21 12,69 0,87 93,07

O eucalipto (Eucalyptus globulus) é uma das espécies mais comuns e com maior

expressão económica em Portugal. Assume-se no país como uma espécie invasora

(Marchante, Marchante, & Freitas, 2005).

FCUP


A sua existência no país é amplamente distribuída no continente, no arquipélago dos

Açores (ilha de São Miguel, Santa Maria, Terceira, Graciosa, Faial, Flores) e no

arquipélago da Madeira.

Pela visualização do Quadro 12 é possível verificar que a casca de eucalipto não

cumpre o requisito de baixa biodegradabilidade, contudo é um material que tem

suscitado bastante interesse, por ser muito abundante e residual. A casca de eucalipto

foi escolhida por ser também uma espécie exótica no nosso país e, essencialmente, por

ser um resíduo da indústria do papel. Desta forma, ao comprovar-se uma eficiência

significativa para a utilização deste tipo de material como apto a ser utilizado como meio

filtrante estaremos a promover a reutilização de um material com valor económico,

reduzido ou nulo.

A giesta, ou Cytisus striatus (Figura 17) de nome científico, é uma planta arbustiva

chegando a atingir 3 metros de altura. É nativa de Portugal, e têm a sua distribuição

alargada a todo o território nacional (Figura 18). A época de floração é de abril a junho,

onde esta sazonalidade pode ser encarada como uma desvantagem na obtenção de

giesta fresca.

Figura 15: Distribuição em Portugal do

Eucalyptus globulus (Plantas Invasoras em

Portugal)

Figura 16: Casca de eucalipto utilizada

como meio de enchimento para biofiltro.

FCUP


O tojo (Ulex europaeus) é uma planta arbustiva muito espinhosa, amplamente

distribuída em Portugal e na Europa (Figura 19 e Figura 20). Este material foi, também,

selecionado pelos seus teores em lenhina e celulose, bem como propriedades

equivalentes aos materiais supra assinalados.

A distribuição geográfica do tojo, em Portugal situa-se essencialmente a norte do

território em matas ou terrenos baldios. A sua época de floração vai de fevereiro a

junho.

A grande vantagem do tojo é a sua elevada área superficial pois contem inúmeros

espinhos que permitem a fixação da comunidade microbiana. Contudo deixa muitos

espaços vazios na acomodação do material no biofiltro, sendo necessário mais material

para o mesmo volume comparativamente à giesta e à casca de eucalipto.

Figura 18: Giesta na floresta (Pereira). Figura 17: Mapa de distribuição da giesta,

em Portugal (UTAD, 2014).

FCUP


A grande desvantagem na utilização de plantas como biofiltros é uma rápida

biodegradabilidade dos materiais de suporte microbiano, em comparação com os

materiais sintéticos.

Como foi possível verificar pelo Quadro 12, existem tantos outros materiais que

poderiam ter sido alvo de teste, todavia a sua distribuição geográfica e fraca abundância

não o permitiram. Por outro lado, existem materiais como o caso do pinho que já são

utilizados como biofiltros, por algumas empresas portuguesas. Noutros casos, como

com o engaço de uva, as grainhas são materiais valorizados e são a base para produtos

com interesse económico.

3.1.1 Preparação dos materiais

Tendo em vista a escala laboratorial definida para a execução do projeto, os materiais

que se encontravam em bruto, tal como aparecem na natureza, tiveram de ser cortados

em pequenas porções com cerca de 3 a 5 cm, com auxílio de uma tesoura.

Os materiais foram recolhidos em matas do grande Porto. O tempo decorrente entre o

corte do seu local natural até à implementação nos biofiltros foi relativamente curto

(nunca superior a 2 dias), tendo sido armazenados em local fresco no sentido de se

conservar ao máximo as suas propriedades como, por exemplo, o seu teor em

humidade e a comunidade microbiológica existente nas ramificações dos materiais.

Figura 20: Representação do Tojo, Ulex

europaeus (Floresamatxo, 2011).

Figura 19: Distribuição do Tojo, em Portugal

(UTAD, 2014).

FCUP


3.2 Infraestrutura Laboratorial

A projeção e montagem, do equipamento laboratorial necessário para o decurso do

trabalho de pesquisa, implicou, antes de mais, uma pesquisa bibliográfica e um

inventário dos materiais e equipamentos a adquirir. De forma a sintetizar o

desenvolvimento do aparelho experimental, para a montagem da instalação de

investigação, foi elaborado um protótipo (Figura 21) e assim esquematizar todo o

processo. Ao longo desta secção far-se-á referência às montagens laboratoriais

requeridas para o ensaio dos biofiltros.

Figura 21: Protótipo para construção da instalação experimental.

Resumidamente, o material necessário para o trabalho laboratorial consistiu num

compostor; num tubo de 20 cm de diâmetro e 70 cm de altura; 4 reduções 20-12,5;12,5-

9; 9-7,5 cm; 4 curvas 7,5 cm de diâmetro; 1 tubo maleável 9 cm de diâmetro; rede de

suporte do biofiltro; 1 ventilador; mangueira de humidificação.

A primeira decisão tomada consistiu na montagem e enchimento do compostor, com

resíduos biodegradáveis, para desenvolver um processo de compostagem doméstica.

Na montagem do compostor teve-se em consideração alguns procedimentos,

necessários para o desenvolvimento correto de uma compostagem doméstica, como

colocar ramos grossos no fundo do compostor para promover a drenagem de lixiviado e

arejamento e também, a seleção dos resíduos.

FCUP


O reator de biofiltração é constituído por um coluna cilíndrica, de PVC com 20 cm de

diâmetro interno (Di) e 70 cm de altura. Na base da coluna existem reduções tubulares

até ao diâmetro de 7,5 cm que ligam o tubo ao compostor, onde são gerados os odores.

O compostor (Figura 22) tem capacidade para 290 L, com 96,3 cm de altura com

diâmetro superior de 60 cm e diâmetro inferior de 80 cm, respetivamente

Figura 22: Compostor utilizado para o trabalho laboratorial e respetiva montagem e enchimento.

Na outra extremidade do biofiltro foi implementado o sistema de humidificação gota-a-

gota, através de uma mangueira de 0,5 cm de diâmetro que percorre a parte superior do

biofiltro.

Para garantir a extração dos gases instalou-se uma bomba extratora. A aspiração dos

gases foi feita de várias formas. Numa primeira fase a ventilação estava ligada

constantemente. Numa segunda fase deixou-se que o ar circula-se livremente, e por fim

a ventilação foi ligada esporadicamente. Esta variação na taxa de renovação de ar teve

como finalidade aumentar o tempo de contato entre os microrganismos e o biofiltro.

A montagem do biofiltro iniciou-se pelo corte da rede de suporte do material de

enchimento, que se prendeu a 10 cm da base do tubo cilíndrico (Figura 23). Para tal, a

rede segura-se no topo da primeira redução meio de parafusos.

FCUP


Figura 23: Sequência de montagem da rede de suporte do meio filtrante.

Como se utilizaram materiais vegetais que, com a sua biodegradabilidade natural,

deram origem à formação de material particulado que passa nesta primeira rede de

contenção. Assim, foi necessário colocar uma outra rede, por cima da existente, com

uma malha mais fina para evitar a passagem de partículas para os tubos (Figura 24).

Figura 24: Montagem da rede de suporte mais fina.

De seguida, montaram-se todas as reduções que foram ligadas ao tubo cilíndrico

principal através do tubo flexível de alumínio. Para garantir a uniformidade de condições

na avaliação da qualidade dos gases odoríferos, montaram-se dois biofiltros com

apenas uma entrada, proveniente da compostagem. Esta ligação foi realizada com

auxílio de um tubo em forma de T (Figura 25).

FCUP


Figura 25: Ligação dos biofiltros em paralelo.

O sistema de humidificação gota-a-gota necessitou de uma mangueira por onde é feita

a alimentação de água requerida ao processo. A mangueira tem furos de 1,2 mm,

aproximadamente, por onde cai, por gravidade, o fluido (Figura 26).

Figura 26: Montagem do sistema de humidificação gota-a-gota.

A montagem do sistema de ventilação foi o passo seguinte. Com um tubo de alumínio

de 10 cm de diâmetro acoplou-se um extrator (Figura 27).

Figura 27: Montagem do sistema de ventilação.

FCUP


Estando a montagem da estrutura do biofiltro concluída, restou proceder à ligação entre

o compostor e o biofiltro. Foi necessário abrir uma saída do compostor para a exaustão

de gases (Figura 28), para canalizar os gases odoríferos, entre as duas instalações.

Figura 28: Abertura de ligação entre o compostor e o biofiltro.

A etapa final corresponde à introdução do material filtrante selecionado, no biofiltro. A

Figura 29 mostra o resultado final. A configuração do biofiltro foi variando ao longo de

todo o trabalho experimental. Inicialmente o compostor estava inserido numa sala sem

contato direto com o solo e onde os lixiviados tinham de ser drenados para um

recipiente de contenção, e onde só funcionava um biofiltro. No topo do biofiltro existia

um tubo de alumínio flexível que estava ligado à extração de ar da hotte, existente no

laboratório.

Figura 29: Instalação laboratorial - resultado final.

Na fase seguinte, o compostor foi deslocado para o ar livre onde esteve em contato com

o solo e os biofiltros deslocados para uma sala de forma a garantir que as alterações

FCUP


climatéricas não interferissem significativamente no processo. Desta forma, o compostor

colocado no solo tinha uma ligação, por tubo de alumínio flexível e revestido por um

plástico para proteção da chuva, ao interior da sala (Figura 30).

Figura 30: Segunda fase do processo de compostagem, ao ar livre.

Tanto o processo de compostagem como a biofiltração exigem a constância de certos

parâmetros, assim o trabalho laboratorial garantiu a capacidade de adaptação a

equipamentos de monitorização de ambos os processos. Foram analisados parâmetros

como a temperatura e humidade relativa do composto e do biofiltro. Além destes

parâmetros avalia-se o grau de decomposição através da medição do pH do lixiviado do

composto. A monitorização do processo de compostagem foi realizada diariamente, com

a medição da temperatura do composto e, assim, estimar a etapa de atividade biológica.

De forma semelhante, a monitorização dos biofiltros foi efetuada diariamente, com

medição da temperatura e humidade, também para verificar o comportamento

microbiológico. A amostragem da concentração dos compostos ocorreu em dias

esporádicos e só se iniciou após a intensa libertação de odores da compostagem.

O caudal de exaustão também pode ser considerado um parâmetro controlado, uma vez

que se sabe ao certo quanto tempo funciona e a que velocidade os gases são

ventilados. O caudal de humidificação do biofiltro não é constante, pois depende das

necessidades do meio de enchimento. Contudo, cada adição de humidade é registada.

A humidade relativa é medida através de um termo-higrómetro portátil (Figura 31), a

temperatura por um termómetro portátil e o pH por um medidor de pH, todos da marca

Hanna Instruments.

FCUP


Figura 31: Termo higrómetro utilizado na experiência.

3.3 Produção de odores e parâmetros influenciadores

O método selecionado para a produção de odores foi a compostagem doméstica. Desta

forma, os compostos libertados durante a decomposição aeróbia dos resíduos

biodegradáveis correspondem, quase na totalidade, aos compostos emitidos numa

central de valorização orgânica. O fator diferenciador entre ambas as instalações

resume-se à concentração dos compostos libertados, essencialmente causados pela

quantidade de volume de resíduos a tratar. No entanto, se for possível comprovar, ou

não, a eficiência dos materiais na remoção dos compostos na compostagem doméstica

estes resultados podem ser extrapolados para uma realidade de maior escala,

implicando, portanto, um aumento da quantidade de meio filtrante necessário para

atingir o mesmo efeito.

Em termos teóricos, a compostagem é definida como um processo controlado de

decomposição microbiana, de oxidação e oxigenação de uma massa heterogénea de

matéria orgânica [ (Oliveira, Lima, & Cajazeira, 2004) citando (Kiel,1985)]. Fatores como

a temperatura, humidade, arejamento, pH, tipo de compostos orgânicos e nutrientes

disponíveis são considerados como fundamentais para um correto desenvolvimento da

compostagem.

No trabalho laboratorial efetuou-se, essencialmente, a monitorização e ajuste da

temperatura e humidade de forma a fornecer condições propícias para a

biodecomposição. Esta decisão partiu do pressuposto de que a velocidade de

decomposição dependia, maioritariamente destes dois parâmetros. A Figura 32 ilustra a

complexidade do processo e a interferência que cada fator tem sobe a totalidade do

sistema.

FCUP


Figura 32: Diagrama dos fatores condicionantes ao processo de compostagem [ (Cordeiro, 2010) citando (Cunha Queda,

1999)].

Ao processo de compostagem está inerente à produção de odor por combinação da

libertação de amoníaco e sulfato. A equação geral que representa o processo é

apresentada na Equação 8.

(Equação 6)

Assim, os produtos da reação são novas células, dióxido de carbono, água, amoníaco e

sulfato. O composto gerado é a matéria orgânica resistente.

Para (Silvério, 2011) citando (Tchobanoglous et al., 1993), a produção de odores pode

tornar-se um problema se não for feito um controlo adequado do processo de

compostagem. Essencialmente pelo desenvolvimento de condições anaeróbias na pilha,

caracterizadas pela formação de ácidos orgânicos muito odorosos. É impossível

eliminar emissões pontuais de odores, sendo que então a fase de projeto e operação da

instalação devem estar otimizadas para minorar os impactes associados a estas

emissões.

De facto, foi verificado pela nossa experiência laboratorial que o revolvimento da pilha

promovia a reestruturação dos canais preferenciais promovendo uma maior circulação

da água e oxigénio em toda a pilha. Assim, de forma ilustrativa o Quadro 13 sintetiza as

principais variáveis limitantes na produção de compostos odoríferos e os intervalos

ótimos para cada variável considerada fundamental no decurso da compostagem.

FCUP


Quadro 13: Principais variáveis que promovem a emissão de odores [adaptado de (Silvério, 2011), (Cordeiro, 2010), (Fernandes, 2012); (Epstein, 2011)].

Variável

Produção de compostos

odoríficos Valores ideais

Aumenta Diminui

Oxigénio <5% >5% 5 – 15%

Temperatura >75 ºC <75ºC 25 – 45ºC

Humidade >65% <65% 40 - 60%

pH 7<pH>8 7 >pH < 8 6,5 – 8

Razão C/N <25:1 >25:1 30:1

Porosidade e tamanho

das partículas <2,5 >2,5

Dependente da humidade

do material.

3.4 Métodos de amostragem dos compostos odoríferos

As metodologias selecionadas, neste estudo, para a quantificação dos compostos

odoríferos (amónia, sulfureto de hidrogénio e sulfureto de dimetilo), assim como a

avaliação da eficiência de remoção dos odores nos biofiltros, são descritas nos

parágrafos seguintes.

3.4.1 Análise química

O método de quantificação de gases, que são libertados e conduzidos para tratamento

biológico nos biofiltros, assim como a concentração de gases que são emitidos após o

tratamento microbiano, selecionado foi a amostragem por tubos colorimétricos (Figura

33).

O princípio de funcionamento é bastante simples. O tubo de vidro contém no seu interior

uma substância sólida reagente que, perante determinado gás ou vapor, promove uma

reação química, com uma mudança de cor. O método é fiável mesmo para volumes de

gás reduzido e o usuário pode ler e analisar, facilmente, o resultado através da escala

impressa no tubo.

FCUP


Figura 33: Tubo Drager utilizado no ensaio experimental.

Uma das grandes vantagens deste equipamento é a não necessidade de calibração e a

não necessidade de transporte da amostra para manipulação laboratorial.

A forma de contacto do gás com o tubo é feito com recurso a uma bomba extratora e

com as indicações do número de bombagens para cada substância a analisar (Bomba

de fole marca Dräger modelo Accuro) (Figura 34).

Figura 34: Sistema de amostragem química.

O procedimento experimental para a amostragem química envolve:

Abertura bilateral do tubo colorimétrico;

Inserção do mesmo, com a seta na orientação correta, na bomba fole;

Aproximação ao local de amostragem e consequente bombagem tantas vezes

quantas as descritas na embalagem do tubo;

Contar o tempo de reação do tubo descrito na embalagem;

FCUP


Analisar a mudança de cor do tubo.

As medições foram efetuadas quando a compostagem começou a libertar odores

intensos, e quando os biofiltros tinham pelo menos 5 dias de acomodação ao ambiente.

3.4.2 Análise olfatométrica

Outra forma de avaliação da eficiência de remoção de odores, no processo de

biofiltração, é a criação de um painel de indivíduos que avaliam e caracterizam o odor.

Este método é chamado de análise olfatométrica.

Neste caso particular, foi elaborado um inquérito de acordo com a norma europeia em

vigor EN 13275:2003 para a determinação da concentração do odor por olfatometria

dinâmica. Uma vez que não tínhamos um painel sensorial treinado, o inquérito teve de

ser ajustado a uma linguagem universal e que fosse fácil de entender, qualquer que

fosse a faixa etária do individuo, que o respondesse (Anexo II).

O inquérito foi dividido em três análises, onde primeiramente foram realizadas as

análises aos biofiltros e, por último, a análise ao odor do compostor. Ao adotar esta

metodologia garantiu-se que a influência das respostas fosse reduzida por interferência

de um odor bastante mais desagradável e forte, proveniente do compostor. Ou seja, um

indivíduo ao cheirar primeiramente o odor proveniente da compostagem teria mais

dificuldade em conseguir detetar um odor diferente nos biofiltros pelo grau de

incomodidade, que este provocou ao estimular o seu sistema olfativo. Primeiramente, foi

realizado um pequeno questionário sobre os hábitos dos indivíduos, como hábitos

tabágicos, de consumo de café, uso de perfume e pacientes de alergias. Estes

elementos são importantes por criarem habituação ao sistema olfativo para certas

substâncias que quando utilizadas, num longo período de tempo, o aparelho olfativo

começa a ficar cansado, tornando os odores neutros.

As análises foram iguais para cada componente, isto é, o questionário apresentado

envolvia as mesmas perguntas e possibilidades de resposta para o compostor e ambos

os biofiltros de teste. Assim, a homogeneidade do processo facilita o tratamento das

respostas e possível correlação entre elas.

Segundo a norma europeia seria necessário investir na perceção de respostas para

cada indivíduo do painel, através de um teste preliminar usando o n-butanol. Desta

forma, seria avaliado o grau de percetibilidade do sistema olfativo para posterior ajuste

das respostas durante o ensaio. Todavia, este teste preliminar não foi realizado por se

FCUP


querer avaliar a resposta de uma população comum à estimulação obtida aos gases

libertados.

A análise foi realizada por inspiração do ar do compostor e de ambos os biofiltros. No

caso dos biofiltros, de forma a mais aproximada possível para evitar a contaminação de

ambos os materiais testes, no ar envolvente.

O júri foi constituído por estudantes da faculdade, estudantes externos à faculdade,

professores, técnicos e, ainda alunos da Universidade Júnior envolvidos numa das suas

atividades.

O inquérito elaborado teve por base a norma europeia, as propriedades dos odores,

bem como outros inquéritos olfativos realizados. No total, o inquérito contava com cinco

questões, para cada análise. A análise, concretamente, iniciava-se por questionar sobre

se sentia algum estímulo olfativo perante a unidade de compostagem e biofiltração.

Caso, o indivíduo nada detetasse, o inquérito acabava por aqui, determinando um limite

de deteção superior às concentrações dos compostos emitidos. Caso a resposta fosse

afirmativa, o inquérito continuava com a determinação da intensidade do odor em Muito

Fraco, Fraco, Médio, Forte e Muito Forte, e avaliação do mesmo como Desagradável,

Neutro ou Agradável.

Por fim, pretendia-se que os indivíduos associassem o odor que sentiram aos odores da

roda do odor. Dividido em oito classes, poderiam escolher um ou mais odores. As oito

classes são: medicinal, químico, peixe, agressivo, floral, frutos, vegetal e terra.

3.5 Análise e monitorização do meio filtrante

O desempenho de cada meio filtrante testado foi avaliado pela leitura da temperatura e

humidade, através de medições diárias destes parâmetros, auxiliados pelas análises

químicas e olfatométricas.

A avaliação do estado final do meio filtrante é importante para determinar o tempo de

vida útil do material para uma determinada massa e assim poder-se extrapolar o tempo

de biodegradabilidade, numa instalação industrial de compostagem.

Esta análise resumiu-se à pesagem do meio filtrante, determinação da sua temperatura

e humidade, e acima de tudo aferir o comportamento do mesmo ao longo do teste,

nomeadamente pela libertação de odores.

FCUP


3.6 Análise e monitorização do processo de compostagem

Como já referido, o processo de compostagem desenrolou-se em duas fases distintas.

Na primeira fase o compostor estava confinado às alterações da sala onde estava

colocado, passando na segunda fase a uma maior interação entre as condições

climatéricas e com a microbiologia do solo.

A monitorização do processo teve por base a leitura da temperatura, do revolvimento do

composto e visualização da quantidade de água que se acumulava na instalação, por

forma a garantir o fornecimento de mais materiais secos que pudessem reduzir a

humidade, e assim garantir as condições de aerobiose.

3.7 Tratamento dos dados

O tratamento dos resultados obtidos foi elaborado com o auxílio do programa MS-Excel

e um programa estatístico, o SPSS.

O tratamento estatístico, dos dados adquiridos através dos inquéritos olfatométricos

tornou-se importante na avaliação individual e no estudo da correspondência entre

variáveis, isto é, através da aplicação de testes estatísticos é possível perceber qual ou

quais as questões, ou respostas do inquérito, mais relevantes e uma provável relação

entre si. O objetivo final é encontrar um comportamento padrão ao longo das análises

olfatométricas na população utilizada.

A metodologia implementada para o tratamento dos dados foi a análise em

componentes principais (ACP), que permite reduzir ou eliminar sobreposições e diminuir

o volume de dados sem perda da informação. Isto à custa das variáveis originais.

Ao longo do tratamento estatístico dos dados foram realizadas duas análises de

componentes principais. A única diferença entre ambas surge na questão da associação

do odor, onde a primeira análise comtempla o número total de odores selecionados por

classe enquanto, a segunda, apenas refere se o indivíduo selecionou a classe ou não.

Ao realizar esta distinção quer-se perceber se as classes ao apresentarem diferentes

números nas opções de resposta, indicam uma coerência da avaliação, ou se a

associação influencia a deteção, a intensidade e avaliação do odor.

Outra técnica utilizada no tratamento estatístico foi a análise grupal, que classifica as

observações em grupos, sendo cada um deles semelhante entre si e distinto dos

restantes. O resultado da análise pode ser representado através de um dendrograma e

do cálculo do respetivo coeficiente de correlação cofenético (Varella, 2008).

FCUP


FCUP


4 Resultados e Discussão

No presente capítulo apresentam-se, analisam-se e discutem-se os resultados obtidos

no trabalho experimental sobre o comportamento dos materiais na depuração do odor

originado em meio de compostagem. No seguimento da metodologia apresentada no

capítulo anterior serão apresentadas imagens, gráficos e consideradas as principais

conclusões obtidas.

O trabalho experimental funcionou várias vezes com alterações nas condições de

ensaio, sendo que para cada uma delas será detalhado a sua contribuição e influência

no desenvolvimento do processo e as razões dessas mudanças.

4.1 Compostagem

A compostagem teve início no dia 28 de janeiro e terminou a 21 de julho. Durante este

intervalo temporal houve a necessidade de trocar de compostor porque a atividade

microbiana não era significativa, sendo que o composto entrou numa fase de

estabilização, com ausência de odores. Assim, o primeiro compostor funcionou de 28 de

janeiro a 26 de junho, enquanto o segundo compostor funcionou desde 27 de maio a 21

de julho.

Relativamente à alimentação dos compostores, os resíduos biodegradáveis recolhidos

provieram da Casa das Sandes dos SASUP e do Restaurante da Multirest instalado na

Faculdade de Ciências. Os resíduos depositados englobam cascas de fruta, cascas de

cenoura, couve, alho, cebola, tomate, alface e aparas de jardim (Figura 35). Por forma a

controlar a humidade dos alimentos foram ainda incluídos folhas secas, serrim e palha.

Os materiais castanhos foram introduzidos numa primeira fase, semanalmente, e mais

tarde diariamente (no segundo compostor) constituindo cerca de 10% em peso dos

resíduos colocados.

FCUP


Figura 35: Resíduos biodegradáveis introduzidos nos compostores.

Como as condições de trabalho foram diferentes, entre ambos os compostores, será

feita uma divisão do processo.

4.1.1 Compostor 1

O compostor 1 teve um tempo de vida de aproximadamente 5 meses, onde o composto

passou pelas várias fases do processo de degradação da matéria orgânica. No total a

quantidade de resíduos depositados foi de 250,7 kg.

Numa primeira fase, o compostor foi instalado dentro de uma sala laboratório, onde

esteve até 14 de abril. Aqui, o composto não teve qualquer contato com solo e a

microbiologia existente provinha unicamente dos resíduos colocados.

A decomposição da matéria orgânica não ocorre, instantaneamente, após a colocação

dos primeiros resíduos, que consequentemente implica a não geração de odores. Desta

forma, durante a primeira semana não houve qualquer intervenção no processo de

compostagem, para além da deposição de mais resíduos. Nesta primeira fase, foi

importante que a massa de resíduos ganhasse calor suficiente para ultrapassar as

condições ambientais da sala e se estabelecessem condições próprias para o

desenvolvimento microbiano.

No final da primeira semana a tampa do compostor começou a demonstrar

condensação da humidade (Figura 36), sendo que a temperatura no interior do mesmo

começou a aumentar, e a ventilação natural demonstrou ser insuficiente. Verificada esta

situação, ligou-se a ventilação do biofiltro que retirava o ar do compostor e o direcionava

para o interior do biofiltro. O caudal de ventilação manteve-se constante estando sempre

ligado, quer durante o período noturno quer diurno.

FCUP


Figura 36: Condensação da humidade no interior do compostor 1.

Ao mesmo tempo que se verificou a condensação no interior do compostor, começou a

detetar-se, mesmo fora da sala, o odor característico do processo de compostagem.

Assim, foi considerado o primeiro dia, do início de todo o processo, o dia 6 de fevereiro,

onde se ligou o compostor ao biofiltro e se começaram a efetuar as medições.

Como referido na bibliografia, a temperatura e a humidade são dois parâmetros

essenciais para a correta degradação da matéria orgânica, e necessitam de ser

quantificados. A Figura 37 ilustra a evolução da temperatura ao longo de toda a vida do

compostor 1.

Figura 37: Evolução da temperatura no compostor 1.

A sonda de medição da temperatura era colocada sempre no centro da pilha e à mesma

profundidade, para garantir a comparação das diferenças diárias registadas (Russo,

FCUP


2003). Ao efetuar-se medições em locais distintos na pilha poderemos estar a induzir

erros nas medições, uma vez que a temperatura na pilha não é homogénea.

Relativamente ao perfil de temperaturas do compostor 1, este demonstrou que, numa

primeira fase conseguiu atingir valores próximos dos 40 graus Celsius. Estes valores

demonstraram-se razoáveis perante as condições de funcionamento e ausência de

contato com solo, que permite maiores trocas biológicas ao processo. No entanto,

temperaturas na gama dos 40ºC são bastante inferiores as que seriam de esperar no

interior da pilha. Para Leal (2006 citando Sharma et al., 1997) as temperaturas

registadas no início do processo situam-se entre os 20 a 50ºC. Como resultado desta

primeira fase de atividade microbiana deverá aumentar para 40 a 60ºC, sendo que para

Waszkielis et al. (2013) esta deverá situar-se sempre acima dos 55ºC. Tal não

aconteceu para o compostor 1, onde o valor mais alto registado foi de 38,9ºC, verificado

nos primeiros dias do funcionamento da instalação. Ao longo de todo o processo, a

temperatura teve como valor médio 26,4ºC, muito abaixo da temperatura esperada de

55ºC, ou até mesmo da temperatura mínima exigida, que será a temperatura corporal de

36ºC.

Durante os dois primeiros meses da compostagem existiram várias oscilações da

temperatura que poderão ser explicadas pela grande saída de lixiviado do compostor,

promovendo a remoção dos nutrientes, água e microrganismos (Figura 38).

Figura 38: Lixiviado do compostor 1.

O lixiviado proveniente do compostor caracterizava-se por um odor muito forte e um pH

ácido (Figura 39), corroborando com a premissa que os organismos não possuíam

tempo necessário para se acomodarem às condições do compostor, sendo facilmente

arrastados no lixiviado. O reduzido tempo de vida no compostor traduz-se numa

FCUP


decomposição da matéria orgânica mais lenta, ou até mesmo, no seu extremo, a não

realização do processo.

Figura 39: Evolução do pH do lixiviado, correspondente ao compostor 1.

Embora neste ensaio não se esteja a avaliar a eficiência da compostagem é importante

que ela decorra perto das condições padrão estabelecidas, no sentido de se formar os

compostos que se pretendem avaliar e, consequentemente, exista a produção de

odores. Os odores podem provir de várias fontes ou de vários compostos químicos,

consoante as condições presentes na compostagem (Chowdhury, Neergaard, & Jensen,

2014).

Uma prova de que a compostagem está a acontecer é a comparação do pH registado

com a curva típica de pH ao longo do processo de compostagem (Figura 40). Dito isto, é

possível verificar que para a primeira e início da segunda fase de compostagem, o pH

tem características ácidas, tais como as registadas no ensaio (valores entre 5 e 6).

Figura 40: Curva típica da variação do pH ao longo do processo de compostagem (Cordeiro, 2010).

FCUP


Neste compostor a humidade sempre foi um problema a resolver. A enorme quantidade

de lixiviado que saía, diariamente, do compostor e a permanência de temperaturas

baixas evidenciavam desvios ao considerado processo normal.

O conhecimento do teor em humidade é fundamental para garantir toda a atividade

microbiana e permite ainda quantificar a água existente no composto. A partir do teor

em humidade é possível ainda inferir sobre o ar existente (Fernandes, 2012).

Apesar das várias tentativas de ajuste deste parâmetro, a humidade do composto

esteve sempre acima dos 70% (Figura 41). De forma a controlar o parâmetro, a pilha

era revolvida várias vezes durante a semana, adicionavam-se folhas secas e serrim, e

até se tentou reduzir a humidade dos resíduos através da sua desidratação na estufa.

Contudo, as várias tentativas não tiveram sucesso.

Figura 41: Humidade relativa do Composto 1.

Os valores do teor de humidade considerados ótimos situam-se entre 45 e 65% ,

segundo Santos (2007 citando Vallini1995).

Por forma a acelerar o processo de compostagem, aumentando a área de superfície de

ataque pelos microrganismos, os resíduos biodegradáveis eram cortados

grosseiramente, entre 5 a 10 cm de dimensão máxima. Esta particularidade permite

otimizar o processo de compostagem uma vez que quanto maior for a superfície

exposta à ação biológica mais rápida e completa será a reação (Carvalho, 2009). Assim

as dimensões consideradas ótimas para as partículas dos resíduos a compostar são

várias consoante o autor. Variam entre 1 e 5 cm, segundo Haug (1993), entre 2 e 5 cm

para Kiehl (1985) ou ente 2,5 e 2,7 cm, segundo Tchobanoglous et al. (1993) citando

Carvalho (2009). A Figura 42 ilustra a interferência do tamanho das partículas

relativamente ao tempo que demoram a compostar.

FCUP


Figura 42: Relação entre as dimensões das partículas e o tempo de compostagem (Cordeiro, 2010).

Numa segunda fase, o compostor foi colocado no exterior, com contato direto com o

solo. Para prevenir que as mudanças meteorológicas afetassem o processo, foi

colocada uma lona a proteger o compostor da maior exposição solar e da queda direta

da chuva (Figura 43).

Figura 43: Compostor no exterior.

A partir do momento em que se efetuou a mudança de instalações (14 de abril) deixou

de se verificou excesso de lixiviado, ou pelo menos, a drenagem era feita apenas pela

parte inferior do tabuleiro, diretamente para o solo. Neste caso, o solo nunca adquiriu

consistência de lama.

Relativamente à temperatura, esta continuou a oscilar todavia, a gama de diferenças da

temperatura foi mais reduzida, permanecendo em valores abaixo dos considerados

desejáveis. Nesta fase, o odor continuava bem percetível apesar da temperatura não se

elevar. Para voltar a reativar o composto foi introduzido composto com origem noutro

FCUP


processo de compostagem apresentando melhorias nos primeiros dias, onde a

temperatura conseguiu subir. Ainda assim, não se obtiveram os valores esperados.

Mais uma vez, após a tentativa de ajuste da temperatura no interior do compostor, o

composto começou a demonstrar saturação. Isto é, na superfície começaram a aparecer

material com diferente cor (branco) que se associou a bolor (Figura 44), sendo que

paralelamente o odor emitido estava a desvanecer, perante o ar envolvente. Por estas

razões decidiu-se abandonar este composto e começar um novo processo, noutra

instalação com as mesmas características.

Figura 44: Fase final do compostor 1 visivelmente com material em condições diferentes das desejadas.

4.1.2 Compostor 2

O compostor 2 teve uma vida útil, praticamente, de dois meses, desde 27 de maio até à

conclusão do ensaio laboratorial a 21 de julho. No total foram depositados neste

compostor 167,11 kg de resíduos biodegradáveis. Os resíduos foram recolhidos nos

mesmos locais e a sua composição não variou relativamente ao compostor anterior.

Nesta instalação as condições de ensaio permaneceram iguais no decurso de todo o

processo. Do procedimento diário fazia parte a amostragem da temperatura, a

deposição dos resíduos, o revolvimento e a deposição de palha. Mais uma vez, a

amostragem do calor gerado foi realizada, aproximadamente, no mesmo local no interior

do compostor, por forma a garantir a comparação dos resultados obtidos. Aqui, a

humidade deixou de ser um parâmetro de análise e de monitorização analítica. Além

disso, foi sempre efetuada uma vistoria às saídas laterais do lixiviado, que sempre se

mostraram dentro da normalidade. A única indicação da qualidade do lixiviado prende-

se com a análise da superfície de solo por debaixo do compostor (Figura 45), onde o

FCUP


carácter ácido do líquido (mas também a ausência de luz) promoveu a degradação da

flora existente.

Figura 45: Modificação do solo após a colocação do compostor, devido ao pH ácido do lixiviado.

Como já enunciado anteriormente, o processo de compostagem e a libertação de

odores necessita de uns dias, para se fazer sentir. Por conseguinte, iniciou-se a

deposição de resíduos um pouco antes de se ligar o compostor 2 aos biofiltros, por

forma a ser anulado um intervalo de tempo sem reação.

À semelhança do que aconteceu com o compostor 1, o tempo decorrido entre a primeira

deposição de resíduos e a libertação de odores foi cerca de uma semana. Este

fenómeno foi notório quando ocorria o revolvimento do composto.

Relativamente ao comportamento da temperatura neste compostor, como é possível

avaliar pela Figura 46, existiram oscilações, com particular destaque para o período

compreendido entre 18 e 27 de junho. Aqui, verifica-se um decréscimo acentuado da

temperatura, que coincidiu com um abaixamento drástico da temperatura ambiente e um

aumento da precipitação. Deste modo, mesmo tendo em conta o papel protetor da lona,

existiram interferências das condições do meio ambiente envolvente, que afetaram a

microbiologia interveniente na decomposição da matéria orgânica.

Em termos médios, a temperatura do compostor 2 registou o valor de 33,2ºC muito

próximo da temperatura corporal e expectável. O valor máximo atingido foi de 40,1ºC

registado no dia 18 de junho, e o valor mínimo de 26,1ºC registado no primeiro dia de

amostragem, compreensível por ser o início do processo e ainda não se ter gerado calor

suficiente proveniente da atividade biológica.

FCUP


Figura 46: Evolução da temperatura no compostor 2.

Mesmo ficando aquém dos 55ºC de temperatura média aconselhável para o processo a

gama de temperaturas, neste segundo ensaio, mostrou-se mais eficaz quando

comparado com o compostor 1. Garantindo todas as outras variáveis intervenientes no

processo estanques, como tipos de resíduos depositados e fixação de um local sem

necessidade de transporte, verificou-se a presença de algumas minhocas no composto,

podendo também ter sido influenciado pelo fato do ensaio se localizar assente em solo

fértil. Assim, podemos afirmar que este segundo ensaio se provou mais eficiente para a

produção de odores e com condições padrão mais perto das desejáveis, pela literatura.

A degradação da matéria orgânica depositada no compostor 2 é visível na Figura 47.

Figura 47: Composto com visível degradação da matéria orgânica, do compostor 2.

Ainda que a compostagem não tenha ocorrido em condições ótimas, este novo ensaio

mostrou-se mais eficiente quando comparado com o processo do compostor 1, pela

variação da temperatura e humidade. As temperaturas do compostor 2 mostraram-se,

em média, superiores às do compostor 1 implicando uma degradação da matéria

FCUP


orgânica mais célere. Relativamente à produção de odores, o compostor 2 voltou a

registar mais consistência na libertação dos mesmos, comparativamente ao processo 1,

implicando uma maior concentração na entrada do gás nos biofiltros. No desenrolar do

ensaio experimental foram também aprimorados procedimentos que influenciaram o

desempenho do compostor 2.

4.2 Biofiltros

Os materiais alvo de teste para este ensaio laboratorial foram a casca de eucalipto, a

giesta e o tojo.

Foram executados dois ensaios com a casca de eucalipto, dois com a giesta e um com

o tojo. Inicialmente, só funcionou um biofiltro ligado ao compostor passando,

posteriormente, para dois biofiltros a funcionar em paralelo. Quando os biofiltros

funcionaram em paralelo, garantiu-se que o gás odorífero que percorria ambas as

unidades tinha a mesma fonte. A ligação do compostor aos biofiltros foi garantida por

auxílio de um tubo em T que permitia direcionar o ar para cada um dos biofiltros.

4.2.1 Biofiltro 1

O material de enchimento selecionado para o Biofiltro 1 foi a casca seca de eucalipto

(Figura 48), e funcionou durante 67 dias, com ventilação constante e ininterrupta. Este

biofiltro foi considerado o biofiltro piloto para todos os restantes daí ter funcionado mais

tempo, e também pela dificuldade mostrada em aumentar a temperatura do compostor,

que interferiu diretamente no comportamento do biofiltro.

Este biofiltro foi colocado no interior de uma sala laboratório onde o compostor 1

também se encontrava. Apenas recebeu gás odorífero do compostor 1.

FCUP


Figura 48: Material de enchimento do biofiltro 1. A) Casca de eucalipto cortada. B) Material condicionado no interior do

biofiltro.

A coluna de biofiltro instalada para o trabalho experimental possuía 50 cm de altura e

diâmetro interno de 20 cm. Assim, a massa de material necessária para encher o

biofiltro foi de 1509,95 gramas, que ao longo do processo abateu por acomodação do

material e por perda de humidade, acabando por se adicionar 265,72 gramas de

material para completar a coluna de biofiltro. Sendo assim, no total colocaram-se 1,776

kg de casca de eucalipto que corresponde a uma densidade de 112,592 kg/m3.

A capacidade dos microrganismos em degradar os poluentes está intimamente ligada às

condições ambientais da instalação, funcionando também como um indicador da

atividade biológica. Assim, a temperatura é um fator crucial para o processo, sendo

então necessário a monitorização da temperatura e humidade do biofiltro (Liao, Tian,

Zhu, Chen, & Wang, 2008). A Figura 49 apresenta a evolução da temperatura do

biofiltro 1, ou seja, da casca de eucalipto quando sujeita a gases oriundos da

compostagem.

O que se pode verificar, na evolução da temperatura do biofiltro 1, é a sua grande

variância. O valor médio registado foi de 16,6ºC, e o valor máximo obtido foi de 20,1ºC

registado já no final do trabalho experimental.

A análise destes valores implica a afirmação que a degradação biológica dos poluentes

odoríferos não ocorreu, pois segundo Liao et al. (2008, citando Jorio et. al, 2000) a

temperatura deveria ter subido até 28ºC durante os primeiros vinte dias da experiência,

e até 38ºC no desenrolar do processo, citando Kiared et al. (1997).

FCUP


Figura 49: Evolução da temperatura do Biofiltro 1.

Portanto, comparando a temperatura média de 16,6ºC a 28ºC ou a 38ºC podemos com

certeza afirmar que a disparidade de valores não corresponde a um processo de

biodesodorização.

Durante a experiência fez-se ainda outros testes na avaliação do odor que saía do

biofiltro. Foi notório que quando se adicionavam pequenas quantidades de água ao

material de enchimento que o odor de saída era totalmente diferente, passando de um

cheiro a podre para um cheiro a eucalipto fresco. Contudo, ao adicionar água ao

sistema, a temperatura do biofiltro baixava ainda mais, facto visível na Figura 49, nos

picos mais baixos da curva.

Outro aspeto importante foi a pouca retenção de água, por parte do material filtrante. O

material não suportava mais que 50 mL de água, uma vez que a água apresentava um

fluxo direto para o compostor, por queda gravítica.

Para além da temperatura, a humidade foi também registada diariamente. A Figura 50

mostra o comportamento muito variado da humidade no interior do biofiltro. Por várias

vezes, a humidade relativa registada foi de 100%, especialmente após adição de água

ao sistema. Como existia o problema de controlo da humidade no compostor o ar que

circulava, obrigatoriamente, para o biofiltro estaria também saturado, promovendo e

mantendo o parâmetro com valores acima dos 70%. Outro motivo que poderá ser

explicativo deste comportamento são as condições ambientais da sala. Quando

decorreu o ensaio era pleno inverno, muito chuvoso e embora a instalação estivesse

protegida do ar atmosférico exterior, a humidade relativa do próprio ar da sala pode ter

influenciado esse fator.

FCUP


Figura 50: Perfil da evolução da humidade do Biofiltro1.

Em termos médios a humidade registou o valor de 70,7%, com um máximo de 100% e

um mínimo de 37,2% registado em março.

Em conclusão, a remoção de odores por parte do Biofiltro 1 não foi satisfatória. Uma

condição imposta neste ensaio foi a ligação da ventilação de forma ininterrupta,

podendo originar condições onde o ar que passava no biofiltro não tinha tempo

suficiente para que os microrganismos, existentes na casca de eucalipto, tivessem a

capacidade de degradar os compostos. Outro cenário que poderá ter acontecido, devido

à lenta degradação da matéria orgânica aliado a um fluxo acelerado de ventilação,

resulta do facto dos organismos vindos da compostagem não se fixaram no material

filtrante impossibilitando a purificação do ar. Ou, ainda, as condições de pressão e

temperatura não terem sido as ideias à proliferação de uma comunidade bacteriana.

Podemos, então, afirmar que o odor que saia do biofiltro apesar de detetável acabava

por se dispersar na atmosfera interior e dissipar, havendo assim uma quase

neutralização do mesmo.

4.2.2 Biofiltro 2

O Biofiltro 2, que corresponde à casca seca misturada com casca saturada em água de

eucalipto, funcionou em paralelo com o Biofiltro 3, onde ambos receberam os gases do

compostor 1 que já se encontrava no exterior.

Antes de mais, recolheu-se eucalipto novo e colocou-se numa caixa coberta com água

e, deixou-se saturar o material durante dois dias (Figura 51). A mistura do Biofiltro 2

corresponde a 900 gramas de casca de eucalipto seco com 1700 gramas de casca de

eucalipto saturada, perfazendo um total de 2600g. Para esta massa a densidade do

material equivale a 165,52 kg/m3.

FCUP


Figura 51: Casca de eucalipto mergulhada em água.

O biofiltro 2 teve vinte e dois dias de vida útil até ser desativado.

Excetuando os dois primeiros dias, o perfil de temperatura do biofiltro 2 revela um ligeiro

aumento no início da experiência. Atingiu o máximo de 28,9ºC, aproximadamente a

meio do processo, voltando novamente a decrescer (Figura 52). Em média a

temperatura rondou os 23,8ºC e o mínimo valor registado foi de 17,3ºC.

Figura 52:Perfil de temperatura do Biofiltro 2.

Mais uma vez, as temperaturas atingidas neste ensaio experimental, ficaram aquém do

esperado, todavia o aumento da temperatura nos primeiros dias até 28,9ºC demonstrou

um potencial crescimento dos microrganismos no interior do biofiltro.

No caso da humidade relativa do biofiltro, o seu perfil revela um decréscimo atenuado

ao longo de todo o ensaio (Figura 53).

FCUP


Figura 53: Perfil da humidade relativa do biofiltro 2.

O comportamento da humidade do biofiltro foi a esperada, pois com o desenrolar do

ensaio, e sem reposição externa, o material estruturante vai perdendo o seu teor em

água quer por evaporação quer por ação microbiana. Em termos médios a humidade

situou-se em 76,7%, atingindo o seu máximo de 92,2% quando a temperatura atingiu o

seu mínimo. O mínimo atingido da humidade coincide com o desativação da

experiência, 52,6%.

Ao fim dos 24 dias de experiência, começou a verificar-se a saturação do material.

Explicado, pelo facto de este se encontrar muito seco e o odor proveniente do

compostor se começar a fazer sentir, no biofiltro, bem como uma maior resistência a

aumentar os valores de temperatura e humidade, culminando, assim na desativação do

biofiltro.

A massa total restante de casca de eucalipto foi de 1612g, que corresponde a uma

densidade de 102,62 kg/m3. As condições finais de temperatura e humidade foram de

19,4ºC e 52,6%, respetivamente.

Em termos genéricos o biofiltro 2 comportou-se de forma esperada, sendo a

temperatura, apenas, o fator de relevância por não atingir valores superiores a 30ºC.

Contudo, o perfil de variação da temperatura não se demonstrou insatisfatório. Em

termos de odor, inicialmente este biofiltro pautava-se por um cheiro florestal

característico da própria casca de eucalipto que se foi atenuando com o desenrolar do

ensaio.

No final do ensaio laboratorial a superfície do material estava visualmente alterada, com

um aspeto fibroso (Figura 54). Para este material filtrante a quantidade de finos

existentes no final não foi significativa em comparação com a massa inicial (Figura 55).

FCUP


Figura 54: Casca de eucalipto no final do ensaio, com aspeto fibroso.

Figura 55: Quantidade de finos restantes no final do ensaio com a casca de eucalipto.

Por fim, a quantidade de massa perdida ao longo do processo foi de 988g, que se deve

essencialmente ao peso da humidade do material.

A eficiência na remoção de odores deste biofiltro pode ter sido, ainda condicionada pela

situação do compostor 1. Por esta altura, a produção de odores já não era tão intensa,

sendo que o material filtrante não esteve sujeito a concentrações muitos elevadas para

tratamento.

4.2.3 Biofiltro 3

O material de enchimento utilizado no Biofiltro 3 foi a giesta. Este biofiltro esteve em

contato com o mesmo gás odorífero que o Biofiltro 2, e consequentemente todas as

condições de compostagem a que o Biofiltro 2 esteve sujeito.

Inicialmente, inseriram-se 2200g de giesta que completaram o volume do biofiltro

estabelecido (Figura 56). A densidade do material filtrante correspondente equivale a

140,06 kg/m3.

FCUP


Figura 56: Giesta utilizada no Biofiltro 3. A) em bruto. B) giesta condicionada no biofiltro.

O período de funcionamento do Biofiltro 3 foi de 24 dias, onde houve a monitorização

diária, quer da temperatura e da humidade do material, à semelhança do que aconteceu

com todos os biofiltros ensaiados. O perfil de temperatura é representado na Figura 57.

Figura 57: Perfil de variação da temperatura no Biofiltro 3.

Em termos médios a temperatura atingida dentro do biofiltro foi de 24,2ºC, tendo como

máximo 29,3ºC e o mínimo de 18ºC, este último nos primeiros dias de ensaio. Após a

queda inicial deste fator verificou-se uma elevação da temperatura que associado ao

parâmetro de humidade foi o período onde se verificou o maior decréscimo da

humidade. Fenómeno explicado pela maior necessidade de teor em água pela

microbiologia presente. No ponto máximo de funcionamento, verificou-se uma ligeira

descida da temperatura, durante dois dias, que acabou por subir novamente e

estabilizou até ao final do ensaio.

Relativamente ao comportamento da humidade do próprio material, ao longo de todo o

trabalho experimental este é representado na Figura 58.

FCUP


Figura 58: Perfil de variação da humidade relativa no Biofiltro 3.

Durante o decorrer do ensaio não foi feita nenhuma adição de água ao biofiltro, pelo que

o seu perfil de variação fica explicado pela variação da temperatura. Em termos médios

o valor obtido de humidade foi de 81,2% com um máximo de 100% (registados nos

primeiros dias do ensaio), e o mínimo de 59,2%, obtido quando a temperatura atingiu o

seu valor máximo.

A experiência terminou pela constatação do poder de armazenamento de água e

decaimento da temperatura ser irreversível, bem como o odor libertado ter-se tornado

semelhante ao descrito na compostagem. Determinando assim a saturação do biofiltro

3.

Na remoção do material da instalação verificou-se que no interior do biofiltro o material

tinha adquirido propriedades diferentes das que se encontravam mais à superfície, e em

cota mais baixa (Figura 59). O material estava visualmente degradado, com aparência

de bolor na camada mais interna do biofiltro, sugerindo condições de humidade e pouca

luminosidade (Figura 60).

FCUP


Figura 59: Aspeto final do meio filtrante do Biofiltro 3.

Figura 60: Detalhe de material particulado, de cor rosada, da camada mais interna do biofiltro 3.

A estrutura que suportava o biofiltro, após a retirada do meio filtrante, ficou com

partículas de cor rosa, que mais uma vez se suspeita que sejam bolor (Figura 61).

Figura 61: Interior do tubo de suporte do biofiltro 3, no final do ensaio.

FCUP


Outra propriedade registada foi a quantidade de finos produzidos. Comparativamente ao

Biofiltro 2, este apresentou uma maior percentagem (Figura 62), contudo continuou a

ser desprezável comparativamente à massa total de material inserido.

Figura 62: Quantidade de finos existente na desativação do Biofiltro 3.

A massa final registada foi de 1007g, correspondendo a uma densidade de 64,108

kg/m3. Durante todo o processo foram perdidas 1193 g equivalentes a mais de 50% da

massa inicial colocada (54,3%). Assim, a degradação deste material, num período curto

de tempo, revela-se intensa quando se pretende que tenha uma vida útil de alguns

anos. Porém, a maior degradabilidade da giesta, neste caso particular, poderá estar

relacionada com a proliferação de fungos filamentosos.

As condições de ventilação e direcionamento do gás odorífero foram realizadas de

forma natural, ou seja, por corrente e densidade do ar que promoviam a circulação de

baixo até à superfície do compostor, que posteriormente era encaminhado para os

biofiltros.

4.2.4 Biofiltro 4

O biofiltro 4 e 5 funcionaram em conjunto e com novas condições de compostagem. Os

gases odoríferos produzidos para estes biofiltros provieram do compostor 2 que se

encontrava, na altura, num dos seus pontos máximos de funcionamento, isto é, onde a

intensidade do odor era cada vez maior ao longo dos dias, verificado por um aumento

progressivo da atividade biológica do compostor.

O material filtrante do biofiltro 4 foi, novamente a giesta. Como a época de floração do

material já tinha passado, este novo material inserido já não apresentava flores, sendo

portanto constituído mais pelo caule da própria planta, o que implicou um acréscimo na

FCUP


quantidade de material a utilizar no biofiltro (Figura 63). Inicialmente, foram colocados

2532 g de material, correspondente a uma densidade de 161,192 kg/m3.

Figura 63: Giesta utilizada no Biofiltro 4.

Neste caso particular, a ventilação do compostor para o biofiltro foi realizada

esporadicamente, durante intervalos de tempo de 10 minutos diários.

A duração total deste ensaio experimental foi de vinte e oito dias.

A monitorização da temperatura mostrou um aumento progressivo nos primeiros dias,

com uma acentuada subida ao fim da primeira semana do ensaio. O perfil de

temperatura do Biofiltro 4 é representado na Figura 64.

Figura 64: Perfil da temperatura do Biofiltro 4.

Em termos médios a temperatura do Biofiltro 4 foi de 25,8ºC, atingindo um máximo de

30,6ºC correspondente ao máximo potencial de biofiltração da instalação. O valor

mínimo atingido foi de 19,7ºC que correspondeu ao último dia de ensaio.

FCUP


Já, relativamente à humidade do Biofiltro 4, esta apresenta picos que correspondem à

adição de 50 mL de água ao material, visto os valores começarem a descer,

drasticamente e, assim, existir uma desaceleração da atividade biológica (Figura 65).

O comportamento deste material, em termos de humidade diferencia-se dos restantes

pelo decréscimo deste valor ao longo do processo. O abatimento da humidade verificou-

se de forma acentuada, comparativamente aos restantes biofiltros. Todavia este foi o

biofiltro que até agora apresentou uma temperatura média superior, implicando

diretamente com a variação da humidade. Por outro lado, podemos inferir que a

ventilação forçada pode ter arrastado maior quantidade de microrganismos que poderão

ter influenciado a temperatura e necessidades em água, promovendo assim uma

depuração do ar mais intensa.

Figura 65: Perfil da humidade relativa do Biofiltro 4.

Mais uma vez, a determinação do encerramento do ensaio experimental teve por base

as características físicas e os parâmetros monitorizados que se apresentavam em

decréscimo, sem previsão de recuperação.

No final da experiência o material filtrante mostrou-se visivelmente muito seco e, mais

uma vez com indícios de atividade de fungos (bolor), que desta vez se considerou mais

intensa (Figura 66 e 67). A humidade capaz de desencadear este tipo de microbiologia é

explicada à luz da própria humidade inicial do material, e pela circulação desacuada da

água, quando esta foi adicionada ao sistema.

FCUP


Figura 66: Giesta no final da experiência, do biofiltro 4.

Figura 67: Biofiltro 4 com bolor.

O volume de material contaminado com bolor restringiu-se a um centímetro de altura

para um diâmetro de vinte centímetros.

Contudo, o odor do material manteve-se inalterado apenas a sua intensidade estava

muito reduzida, quando comparada com o material fresco. A massa final registada foi de

588 gramas equivalente a uma densidade de 37,433 kg/m3. A perda de material

corresponde a 76,8% da massa inicial do material, que se traduz por uma degradação

do material ainda mais rápida quando comparado com o biofiltro 3 (de 54,23%).

4.2.5 Biofiltro 5

O material filtrante utilizado no biofiltro 5 foi o tojo, que funcionou em paralelo com o

biofiltro 4. A massa inicial colocada no biofiltro foi de 1880 g que equivale a uma

densidade de 119,684 kg/m3.

FCUP


Uma das grandes desvantagens deste material é ser muito poroso, deixando um grande

espaço de vazios entre as partículas, todavia, tentou-se aglomerar e condicionar o

material de forma a menorizar este inconveniente (Figura 68).

Figura 68: Tojo utilizado no Biofiltro 5.

O ensaio durou vinte e oito dias e este foi o último biofiltro ensaiado. O perfil de variação

da temperatura, deste material caracteriza-se, por oscilações constantes (Figura 69). A

temperatura média foi de 25ºC, com um máximo de 30ºC registada, sensivelmente a

meio do decorrer da experiência, e um mínimo registado de 19,5ºC no último dia de

ensaio.

Não existe qualquer comportamento padrão no perfil de temperatura, para que se possa

determinar qual a sua influência. Um comportamento curioso neste biofiltro foi o

decréscimo da temperatura logo após a colocação do material no biofiltro, podendo

evidenciar a morte dos organismos ou a não adaptação dos mesmos às novas

condições. Todo este perfil oscilatório manteve-se até ao cessar da experiência. O

mesmo se aplica para o comportamento da humidade do material, onde apenas

podemos verificar que para a temperatura máxima atingida a humidade sofreu um

decréscimo.

FCUP


Figura 69: Perfil de variação da temperatura no Biofiltro 5.

Em média a humidade foi de 63,2%, atingindo o seu máximo de 89,2% e o mínimo de

36,8% (Figura 70). Ao analisar os dois perfis é possível concluir que nos primeiros dias

de acomodação do material foi libertado o teor em humidade que promoveu o

abaixamento da temperatura. O processo inverso mostra que com o aumento da

temperatura ocorre um decréscimo da humidade. Todavia, entre 10 e 14 de julho este

fenómeno não se verificou, pois ambos os parâmetros registaram uma descida.

Figura 70: Perfil de variação da humidade relativa, do biofiltro 5.

No final do ensaio, o material estava seco com modificação da cor verde para castanho

e, alguns ramos, mostravam a mesma cor rosa, já registada nos biofiltros 3 e 4,

denunciando também diferentes ambientes no interior do biofiltro (Figura 71 e Figura

73).

FCUP


Figura 71: Aspeto final do biofiltro 5.

Não se registou uma quantidade de finos significativa, correspondendo esta, apenas, às

flores que se desprenderam dos ramos (Figura 72).

Figura 72: Finos registados no final do ensaio, para o Biofiltro 5.

Figura 73: Tojo com bolor.

FCUP


A massa restante foi de 337 g equivalente a uma densidade de 21,454 kg/m3. A massa

total perdida no processo foi de 1543 gramas correspondendo a 82,1% da massa inicial.

Em termos de odor, não foi verificado a propagação do odor do compostor para o

biofiltro, mantendo o tojo, no final do ensaio, um odor característico embora muito ténue.

4.3 Análise química

A análise química teve como objetivo a quantificação das emissões odoríferas dos

compostores. Para a realização da análise o ar era recolhido, com auxílio de uma

bomba extratora, para o interior dos tubos colorimétricos que pela reação química do

material com o gás, mudaria de cor até à concentração do gás libertado.

A metodologia do ensaio está descrita no tópico 3.4 para amostragem dos gases

odoríferos.

O material adquirido teve como escala a concentração mais baixa possível de detetar,

no entanto após várias tentativas o equipamento teve muita dificuldade em conseguir

quantificar os compostos selecionados. Assim sendo, possivelmente a concentração de

emissão dos gases poderia ser ainda mais baixa do que a do limite de deteção do

equipamento.

Não foi então possível obter dados relativamente às concentrações emitidas para

amónia, sulfureto de hidrogénio e sulfureto de dimetilo, cingindo-nos apenas à

existência ou não de odor e avaliação, também, da compostagem por outros

parâmetros.

4.4 Análise olfatométrica

Para a análise olfatométrica, recorreu-se à implementação de um painel de narizes que

avaliaram e quantificaram o odor, por resposta do seu sistema olfativo. Esta análise

permitiu avaliar a eficiência na depuração do ar pelos biofiltros.

Deste estudo fizeram parte 70 indivíduos, com idades compreendidas entre 12 e 30

anos. Embora na norma europeia só se validem indivíduos com idade igual ou superior

a 16 anos foi interessante avaliar as diferenças e semelhanças das respostas fora desta

idade. As análises foram realizadas entre os dias 30 de junho e 18 de julho.

Antes do início da análise olfatométrica foi realizado um pequeno inquérito sobre os

hábitos dos indivíduos como, por exemplo, o uso de perfume ou se padecem de alergias

olfativas. Estes são exemplos de fatores que podem causar diferenças nas respostas,

FCUP


quando em comparação com indivíduos que não apresentem estas características. O

inquérito realizado poderá ser consultado no Anexo II, Anexo II.I e Anexo II.II.

A análise percentual das respostas obtidas no inquérito traduz a variabilidade, dispersão

e tendência das mesmas para um conjunto de indivíduos sujeitos às mesmas

condições. Apesar de esta análise poder revelar algum padrão, o tratamento estatístico

efetuado surge como uma ferramenta mais poderosa e que permite inferir, com maior

certeza, a emissão de odores pela compostagem, a consequente depuração do ar pelos

biofiltros e a determinação de qual deles apesentou melhor rendimento. Assim, será

apresentada a análise percentual em paralelo com o tratamento estatístico que envolveu

a análise às componentes principais, tal como descrito na secção 3.7.

Dos 70 indivíduos do painel, 51% (36 indivíduos) eram do sexo feminino e 49% (34

indivíduos) do sexo masculino (Figura 74).

Figura 74: Composição do painel.

Relativamente aos hábitos pessoais, a totalidade do painel respondeu que não fuma, 68

indivíduos costumam tomar café com regularidade, 44 indivíduos usam perfume

regularmente e 17 indivíduos admitem ter alergias (Figura 75).

FCUP


Figura 75: Hábitos pessoais do painel.

Dos dados pessoais inquiridos, a variável que mais demonstrou influenciar a

consistência nas respostas seguintes e, portanto, foi condicionante do estímulo

provocado pelos odores, foi a idade (Figura 76). A priori constatou-se uma grande

dispersão na gama das idades equivalente a comportamentos diferentes. A variável das

idades apresenta uma elevada correlação com a primeira componente principal, que,

por sua vez, retém 93,8% variação total existente no conjunto de dados, contrapondo

com 2,9% informação total associada à segunda componente principal.

Figura 76: Análise ACP dos dados pessoais.

Do gráfico, obtido e ilustrado na Figura 76, é possível verificar a existência de outliers

correspondentes a indivíduos com idades que mais se distanciam da média registada na

população. Por outro lado, são também representados conjuntos de grupos que pelas

suas semelhanças comportamentais, se agregam. São exemplo os indivíduos 16, 39 e

FCUP


51 (Figura 77) onde o padrão é ser do sexo feminino, de 12 anos de idade, não

apresentarem hábitos tabágicos, não consomem de café, não usam perfume

regulamente e não têm alergias. Já os indivíduos 1, 49 e 59 (Figura 77) têm 12 anos de

idade, nenhum fuma, não usam perfume nem apresentam alergias, apenas um indivíduo

difere no consumo de café. A Figura 77 mostra, com maior detalhe, a agregação dos

indivíduos consoante os seus comportamentos, com especial enfâse nos indivíduos

mencionados anteriormente.

Figura 77: Análise ACP, grupos de indivíduos agregados.

Desta forma, ao se relacionar comportamentos e grupos de idades aproximadas,

conseguem-se distinguir classes que representam a mesma variável, e que podem ser

agregadas.

A Figura 78 corrobora o que acima se referiu relativamente à correlação entre a primeira

componente principal e a variável “idade dos respondentes”.

FCUP


Figura 78: Análise ACP – caracterização das respondentes.

Quanto à análise grupal deste caso particular, o coeficiente cofenético tem o valor de

0.955 (Figura 79), valor muito razoável tendo em conta o máximo ser 1, traduzindo uma

coincidência quase perfeita das distâncias entre dados.

Fazendo coincidir a informação do dendrograma (Figura 79) e a Figura 76 é possível

identificar os indivíduos 52 e 54, por exemplo, que surgem como outliers. Estes

indivíduos correspondem aos que apresentam as idades mais superiores, de 30 e 26,

respetivamente. Mais uma vez esta informação corrobora com a premissa que a maior

distância à média da variável conduz a comportamentos distintos.

Figura 79: Dendrograma correspondente aos dados pessoais.

FCUP


De seguida, o inquérito questionava sobre o odor do compostor 2, do Biofiltro 4 e do

Biofiltro 5.

4.4.1 Compostor

Relativamente à sensibilidade da deteção de odor, no compostor, os indivíduos

responderam afirmativamente, isto é, 100% da população conseguiu detetar um odor

diferente do ar envolvente (Figura 80).

Figura 80: Deteção do odor.

Quanto à intensidade do odor, 51,4% (36 indivíduos) da população amostrada

considerou como Forte, enquanto 35,7% (25 indivíduos) identificou o odor como Muito

Forte e 12,9% (9 indivíduos) como Médio. As intensidades de Muito Fraco e Fraco não

tiveram qualquer resposta (Figura 81).

Figura 81: Classificação da intensidade do odor.

FCUP


Quanto à avaliação do odor, a grande maioria 97,1% (68 indivíduos) admite um carácter

desagradável, 2,9% (2 indivíduos) avaliou o odor como neutro e nenhum declarou o

odor agradável (Figura 82).

Figura 82: Avaliação do odor.

A última pergunta do inquérito pedia aos indivíduos amostrados que associassem um ou

mais odores do estímulo obtido a um conjunto de odores característicos. Nesta última

questão, os indivíduos dentro dos 35 odores, divididos em classes, poderiam associar

todos, daí o número de associações ser superior ao número de indivíduos totais da

amostra.

Assim, a classe Agressivo foi aquela a que mais indivíduos associaram o odor, seguida

da classe Terra, sendo que a que menos se assemelhou ao odor, segundo o painel, foi

a classe Químico (Figura 83). A Figura 83 releva o número total de odores associados,

por classe. Para cada classe foram somados o número de associações registadas.

Figura 83: Associação do odor para o compostor.

FCUP


Dentro da classe Agressivo o odor mais associado foi o de Lixo com 31% das respostas

seguido de Estrume com 26% (Figura 84).

Figura 84: Associação do odor na classe Agressivo.

De um modo geral, o painel apresentou uma grande semelhança nas respostas. Toda a

população conseguiu detetar um odor que caracterizou em média, como forte e

desagradável. Relativamente à associação do odor, este foi comparado com odores de

carácter mais incomodativo como lixos e estrumes.

Em termos da análise ACP das respostas correspondentes às questões relacionadas

com o compostor estas revelam-se, em oposição ao caso demonstrado anteriormente,

com uma maior dispersão espacial. Neste caso, a primeira componente principal retém

38,89% da informação contida no conjunto dos dados e a segunda 25,01%.

Da análise, da Figura 85, é possível agregar indivíduos em grupos e distinguir os

indivíduos 3, 8 e 26 como outliers. Neste caso, a variável com maior expressão

corresponde à associação do odor, na classe Agressivo, tal como demonstram as

Figuras 83 e 84. Foi na classe Agressivo (Figura 84) que se registou o maior número de

respostas, ou seja, a grande maioria da população amostrada associou o odor a azedo,

lixo, esgoto, estrume e ovo podre. Seguidamente, e excluindo as restantes associações

de odor, a variável com maior expressão foi a atribuição da intensidade do odor, onde

das cinco possibilidades de resposta apenas três foram alvo de resposta sempre

relacionado com odores de intensidade moderada a muito forte.

FCUP


Figura 85: Análise ACP – compostor.

A deteção do odor bem como a avaliação do odor surgem, aqui, como parâmetros que

pouco influenciam a caracterização das emissões, uma vez que a população amostrada

revela um padrão de praticamente 100% de respostas nos mesmos tópicos de escolha.

Esta realidade encontra-se coincidente com a análise percentual das respostas

representadas nas Figuras 82 e 83. Aqui não existiu dúvida na deteção do odor e, de

forma também vigorosa, a população avaliou o odor como desagradável.

Os outliers identificados apresentam em comparação com os restantes indivíduos uma

maior variabilidade e inconsistência na associação do odor, uma vez que o relacionam a

vários odores ao mesmo tempo completamente distintos.

Quanto aos grupos identificados e agregados, por exemplo, o grupo A do qual fazem

parte os indivíduos 29,33,34,54,57,67 e 69, o grupo B (22, 39,51), o grupo C (16, 62, 66)

e o grupo D (27, 41, 56, 63) agrupam-se essencialmente pelo número de odores que

associam na classe de Agressivo, um, dois, três e quatro, respetivamente.

Quanto à caracterização dos respondentes, as que apresentam maior correlação com a

primeira componente principal são as classes Agressivo e Terra (Figura 86).

FCUP


Figura 86: Análise ACP – caracterização das respondentes, do compostor.

Quanto ao coeficiente cofenético de correlação, obtida para a análise grupal, o valor foi

de 0,76 (Figura 87), traduzindo a maior variabilidade de resposta, por maior opção de

escolha no inquérito, o que faz baixar este valor, embora, mesmo assim mantendo-se

bastante elevado.

Figura 87: Dendrograma, do compostor.

Numa primeira fase a análise de componentes, da pergunta em que se pedia para

associar o odor correspondeu à avaliação de quantos odores eram associados por

classe. Na fase seguinte apenas se avaliou se, em cada classe, eram associados ou

não odores. Desta análise surge que em comparação da Figura 85 com a Figura 88, a

FCUP


percentagem da informação total explicada pela primeira componente principal baixou

ligeiramente para 34,9% e a explicada pela segunda componente principal para 25%.O

indivíduo 3 continuou a ser outlier.

Figura 88: Análise 2 ACP – compostor.

Todavia, quanto ao coeficiente cofenético este melhorou quando se compara com a

Figura 87 com a Figura 89. Aqui o seu valor é de 0,89.

Figura 89: Dendrograma análise 2, do compostor.

A análise do odor do compostor era sempre a última a ser realizada pelo seu caracter

mais intenso, sendo que desta forma é possível garantir que o odor sentido no

compostor não permaneceu no sistema olfativo para análises posteriores. Para além

disso, as três análises eram efetuadas de forma sequencial.

FCUP


4.4.2 Biofiltro A

A análise olfativa do Biofiltro A corresponde ao Biofiltro 4 que continha a giesta. A

amostragem de análises iniciou-se três dias após a sua colocação no biofiltro e

estendeu-se até uma semana antes da sua desativação.

À semelhança do inquérito para o compostor, para o Biofiltro A procedeu-se de igual

modo com a avaliação e quantificação do odor.

Neste Biofiltro 98,6% da população (69 indivíduos) conseguiu detetar o odor e apenas

1,4% (1 indivíduo) não conseguiu diferenciá-lo do odor atmosférico (Figura 90).

Figura 90: Deteção do odor para o Biofiltro A.

Dos indivíduos que conseguiram detetar o odor do Biofiltro A, 59,4% (41 indivíduos)

identificou-o como tendo intensidade Média, seguido de 21,7% (15 indivíduos) que lhe

atribuíram uma intensidade Fraca (Figura 91).

Figura 91: Intensidade do odor para o Biofiltro A.

FCUP


Quanto à avaliação do odor, 43% identificou-o como sendo neutro, 29% como

Agradável e 28% como Desagradável (Figura 92).

Figura 92: Avaliação do odor para o Biofiltro A.

Quando solicitado para associar o odor, a população identificou-o na classe Terra, com

81 respostas para essa classe (Figura 93).

Figura 93: Associação do odor para o Biofiltro A.

Dentro da classe, o odor mais associado foi o de Floresta com 37%, seguido de Pinho

com 29% (Figura 94).

FCUP


Figura 94: Distribuição das respostas na classe Terra.

Relativamente à análise ACP correspondente ao Biofiltro A ressalva-se a grande

distribuição das variáveis, contudo as respostas seguem um padrão bem visível na

Figura 95, na parte negativa dos eixos xx e yy. A percentagem da informação total

associada, respetivamente à primeira e à segunda componente principal, foi de 32,7% e

20,3%.

No eixo das ordenadas a variável com maior significância é a classe Terra, denominada

III5.8, que corresponde à classe mais selecionada quando pedido para associar o odor

do biofiltro. Esta dedução está de acordo com a Figura 93, onde é mostrado

graficamente a classe que apresentou maior número de associações. Por oposição, a

classe Vegetal e Agressivo apresentam também um peso considerável no tratamento

estatístico, explicável pelo grau de saturação do biofiltro que, mais próximo da

conclusão do ensaio laboratorial, não conseguia reter os odores. A ausência da divisão

temporal no tratamento dos dados poderá ser considerada como uma lacuna do estudo.

Todavia, é importante conhecer todo o período de vida do biofiltro, mesmo com as

várias condicionantes e modificação de características.

A grande diferença decorrente deste tratamento dos dados relativamente ao compostor

é o número de outliers encontrados. Para o biofiltro A podemos afirmar, com certeza,

que o indivíduo 64 está nesta categoria, essencialmente por ter selecionado a classe

Vegetal como o odor mais próximo ao sentido.

FCUP


Figura 95: Análise ACP – Biofiltro A.

A avaliação do odor do Biofiltro A é, do mesmo modo, uma variável que traduz

informações importantes para a avaliação do biofiltro como um todo, isto é, como um

material passível de cumprir requisitos para ser implementado numa central de

depuração do ar. Aqui não existe unanimidade na distinção do odor como desagradável,

neutro e agradável (Figura 95), decorrente também da variabilidade de associação do

odor. Mais uma vez, o tratamento estatístico e a análise percentual dos dados indicam a

mesma realidade. A Figura 96 apresenta a correlação entre as variáveis para o Biofiltro

A ficando comprovado, novamente, a associação inversa entre odores considerados

opostos (Classe Terra e Agressivo).

Figura 96: Análise ACP – caracterização das respondentes , do Biofiltro A.

FCUP


A análise grupal deu origem a um dendrograma com um coeficiente cofenético de 0,81,

que é um valor bastante bom se tivermos em conta a dispersão dos dados evidenciada

na análise ACP (Figura 97).

Figura 97: Dendrograma, do Biofiltro A.

Quando os dados são analisados, independentemente de quantos odores são

associados em cada classe, considerando apenas a seleção da classe, podemos

constatar alguma variação entre os parâmetros mais significativos (Figura 98). A

percentagem da informação total associada, respetivamente, à primeira e à segunda

componente principal foi de 35,6% e 19,0%. Em comparação com a situação anterior

(Figura 95) a percentagem de informação retida aumentou para o eixo dos xx e diminuiu

para o eixo dos yy.

A variável mais expressiva, neste caso, é a avaliação do odor e a determinação da

intensidade do mesmo. No caso das associações do odor, a classe Agressivo ganha

mais significância enquanto a classe Vegetal mantêm a sua importância. O indivíduo 64

continua a ser o outlier encontrado.

A nuvem de dispersão das respostas (Figura 98) é bem mais distribuída no espaço

quando comparada com a nuvem da Figura 95, traduzindo a ausência de um padrão

claramente visível.

FCUP


Figura 98: Análise 2 ACP, do biofiltro A.

A caracterização dos respondentes revela que quem é capaz de avaliar o odor como

neutro ou agradável não o associa a odores da classe Agressivo (Figura 99).

Figura 99: Caracterização das respondentes 2, do biofiltro A.

Em termos do coeficiente cofenético obtido para o dendrograma correspondente à

análise grupal, o valor obtido foi de 0,82 (Figura 100).

FCUP


Figura 100: Dendrograma 2, do Biofiltro A.

Em conclusão, para o Biofiltro A, o painel considerou o odor emitido com intensidade

média, mas neutro com valor próximo de terra. Comparativamente, ao compostor é

possível verificar uma mudança clara nas respostas obtidas, classificando assim o

Biofiltro 4 como um bom depurador de ar, avaliado apenas por estímulos olfativos.

Contudo, algumas das respostas obtidas, que o identificaram como um odor

desagradável, encontram-se na sua maioria já no término do ensaio evidenciando o

poder de saturação do biofiltro em causa.

Uma das grandes dificuldades no presente inquérito foi a associação do odor,

provavelmente resultado de serem narizes pouco treinados para estas situações.

4.4.3 Biofiltro B

O biofiltro B corresponde ao Biofiltro 5, ou seja, o material de enchimento deste biofiltro

foi o tojo. A amostragem da análise do Biofiltro B iniciou-se um dia depois da sua

colocação no interior da estrutura e prolongou-se até uma semana antes do

encerramento do ensaio.

Mais uma vez repetiu-se a metodologia estabelecida para as amostragens anteriores.

Quanto à deteção do odor, 91,435% (64 indivíduos) conseguiram identificar um odor

diferente ao do ar atmosférico, enquanto 8,65% (6 indivíduos) não o conseguiram fazer

na mistura do ar (Figura 101).

FCUP


Figura 101: Deteção do odor para o Biofiltro B.

Perante a escala de intensidades fornecida, 39,1% (25 indivíduos) identificou o odor

como sendo Fraco, seguido de 28,1% (18 indivíduos) que afirmou ser de intensidade

Média, 18,8% (12 indivíduos) declarou que o odor era Muito Fraco e 14,1% (9

indivíduos) respondeu que era Forte (Figura 102).

Figura 102: Intensidade do odor para o Biofiltro B.

Quanto à avaliação do odor, 64% (41 indivíduos) da população amostrada afirmou que o

odor possuía um carácter neutro, enquanto 20% (13 indivíduos) respondeu Agradável e

16% (10 indivíduos) considerou Desagradável (Figura 103).

FCUP


Figura 103: Avaliação do odor para o Biofiltro B.

Quando questionados para associar o odor, o painel apontou claramente para a classe

Terra (Figura 104).

Figura 104: Associação do odor para o Biofiltro B.

Dentro da classe Terra, o parâmetro mais selecionado foi Floresta com 39% das

respostas, seguido de Pinho e Madeira ambos com 19% (Figura 105).

FCUP


Figura 105: Distribuição das respostas na classe Terra.

De forma muito clara, a análise às componentes principais do Biofiltro B mostra que o

parâmetro mais significativo no eixo das abcissas é a classe Terra (IV5.8) (Figura 106)

assumindo grande destaque também na análise percentual da associação do odor

(Figura 104). A percentagem da informação total associada, respetivamente, à primeira

e à segunda componente principal foi de 25,9% e de 23,4%.

Apesar da nuvem de dados ser dispersa no espaço, é ainda possível verificar que a

grande maioria encontra-se na parte negativa do eixo das abcissas e ao longo do eixo

das ordenadas, formando grupos de indivíduos muitos próximos entre si nesta região

(Figura 106).

Figura 106: Análise ACP, do Biofiltro B.

Foram identificados três indivíduos como outliers (3, 50 e 64).

FCUP


A caracterização dos respondentes identifica com um elevado grau de correlação com

a primeira componente principal, novamente, a classe Terra por oposição às outras

variáveis em estudo (Figura 107).

Figura 107: Caracterização das respondentes, do Biofiltro B.

Relativamente ao coeficiente cofenético, obtido através da análise grupal, este tem valor

de 0,76. Da análise de todos os coeficientes até agora realizados este é o que possui

menor valor, devido à maior dispersão da informação. No entanto, garante ainda a

relevância do resultado obtido (Figura 108).

Figura 108: Dendrograma, do Biofiltro B.

FCUP


A segunda análise às componentes principais realizada para o Biofiltro B, revela

diferenças significativas relativamente à primeira (Figura 109). Neste caso, as variáveis

com maior expressão são a intensidade do odor e a avaliação do mesmo, sendo que as

classes de associação do odor não apresentam grande relevância, na análise. São

considerados ainda vários grupos que se distribuem aleatoriamente no espaço, e é

identificado um outlier (indivíduo 59).

Figura 109: Análise 2 ACP, do Biofiltro B.

A percentagem de informação total associada, respetivamente, à primeira e segunda

componente principal foi de 41% e de 18,7%.

Como possível identificar na Figura 110, a intensidade do odor é a variável com maior

correlação com a primeira componente principal.

FCUP


Figura 110: Caracterização das respondentes 2, do Biofiltro B.

Esta nova análise revela, ainda, um aumento no valor do coeficiente cofenético

relativamente ao caso anterior, provendo para 0,83 (Figura 111).

Figura 111: Dendrograma 2, do biofiltro B.

O Biofiltro B correspondente ao Biofiltro 5 e a análise exaustiva das respostas evidência

maior variação, quando comparado com o compostor e o Biofiltro A.

Foi notório que mais indivíduos não conseguiram detetar qualquer diferença na mistura

do ar proveniente da emissão do Biofiltro B, tendo também mais dificuldade em atribuir-

lhe uma intensidade. Não obstante, em termos médios, o presente biofiltro é

FCUP


caracterizado por originar um odor com uma intensidade fraca, de carácter neutro,

predominantemente da classe terra, onde os odores predominantes são associados a

uma floresta.

Mais uma vez, a grande dificuldade no preenchimento do inquérito revelou-se em

associar o odor emitido a um odor familiar e dentro da gama apresentada.

Concluindo, podemos inferir um comportamento depurativo do material filtrante que se

colocou no Biofiltro B (tojo). Da comparação entre as análises olfativas obtidas do

compostor e do presente biofiltro é possível concluir uma melhoria na qualidade do odor

no que diz respeito à incomodidade gerada no painel, sugerindo este material como

candidato à depuração de emissões de compostagem.

4.5 Discussão comparativa dos resultados

O processo de compostagem elaborado para o trabalho experimental apresentou

algumas lacunas, nomeadamente no compostor 1, onde a lixiviação e a humidade

excessiva que não se conseguiram controlar na totalidade, repercutiram interferências

no processo de biodesodorização. Perante a comparação entre os dois processos de

compostagem ensaiados podemos afirmar que o compostor 2 mostrou melhor

desempenho que o compostor 1, muito pelo teor de humidade registado no compostor 1

que, não elevando a sua temperatura, não necessitava de tanta quantidade de água

para humidificar o biofiltro. Por outro lado, o compostor 2, ao ter temperaturas mais

elevadas apresentou maior carência daquele composto e, ao consumi-lo, implicou o

desenvolvimento de condições mais próximas das desejadas para o desenvolvimento

microbiano.

Avaliando a eficiência dos biofiltros ensaiados, perante parâmetros como a temperatura

e a humidade, verificamos que nenhum deles conseguiu ultrapassar temperaturas

superiores a 31ºC e, quando atingiam o seu máximo de temperatura, normalmente

alcançavam o seu potencial máximo de funcionamento. Assim sendo, se apenas

tivéssemos informações deste comportamento podíamos afirmar que a depuração do ar

odorífero foi realizada para taxas mais baixas do que aquelas a que assistimos nas

centrais de compostagem.

O biofiltro que obteve menos rendimento foi o Biofiltro 1, nomeadamente por se

diferenciar bastante das condições padrão estabelecidas para processos de

biodesodorização, enquanto os Biofiltros 4 e 5, por toda a conjuntura do seu

comportamento, foram aqueles que se revelaram mais eficientes. Outro fator explicativo

FCUP


para o Biofiltro 1 se apresentar como o menos eficiente é o poder desinfetante do

eucalipto. Estas propriedades asséticas, juntamente com um pH ácido não permitem a

fixação da microbiota responsável pelo processo de desodorização, sendo que deste

modo nunca existirão condições favoráveis para o suporte de organismos.

Por outro lado, ao inquirir sobre o tempo de vida útil de cada biofiltro, e comparando

com o estado do material filtrante final, constata-se uma degradação muito expressiva

do meio. Esta propriedade confere uma grande desvantagem na aplicação destes

materiais quando testados numa central industrial de compostagem, por necessidade de

remoção e substituição frequente. Também, a perda de massa do material durante o

processo expressou-se em quantidades superiores a 50%, algo que exige uma

manutenção frequente do material, por necessidade de se adicionar mais meio ao

sistema para continuar a apresentar eficiências elevadas.

Os resultados obtidos da análise química dos gases odoríferos libertados na

compostagem, não foram conclusivos. Esta análise era de especial importância pela

quantificação dos compostos emitidos bem como era um comprovativo que as

substâncias que se estavam a avaliar estavam de facto a ser libertadas. Através da

quantificação dos gases poderíamos, também, inferir sobre o comportamento depurativo

dos biofiltros onde as eficiências de remoção consistiam em números reais e não

apenas em análise de comportamento pela atividade biológica. Dito isto, o estudo

tornar-se-ia um pouco mais rigoroso por existirem de facto valores que são necessários

em escalas industriais, até para comprovar legalmente as ações de melhoria e atividade

da central. É importante ainda referir que na compostagem doméstica, a concentração

dos compostos emitidos é compreensivelmente mais baixa que nas CVO, uma vez que

as escalas de trabalho são totalmente diferentes. Daí a dificuldade nas amostragens

químicas.

Uma vez que a análise química não resultou, e como o estudo olfativo, também é

realizado como auxiliador da avaliação da biodesodorização, foi montado um painel de

narizes no sentido de colmatar a falta de informação resultante da quantificação química

dos compostos. A variância das respostas olfativas assume principal destaque pois é

um resultado direto de como uma população, que não está habituada a condições onde

o odor é um poluente, reage. Da análise olfativa é possível constatar uma melhoria da

qualidade do ar, em termos de odor quando se compara o odor do compostor e o dos

biofiltros. Um fator restritivo deste estudo, foi este só contemplar os Biofiltros 4 e 5. Seria

também curioso, mesmo que as condições dos biofiltros não se apresentassem nos

melhores valores, perceber a tendência de respostas obtidas. No entanto, poderia

FCUP


acontecer o que se passou para o Biofiltro 1, onde o odor emitido após a passagem do

ar no biofiltro teve uma percentagem significativa de retenção na humidade do material

e o restante foi diluído no ar envolvente, ou então como as duas unidades (compostor e

biofiltro) se encontravam na mesma sala, com pouca distância entre elas comprometer a

medição por interferência dos odores e habituação do sistema olfativo aos compostos

emitidos.

Entre os Biofiltros 4 e 5 também é possível verificar diferenças nas respostas. De fato,

os materiais não são os mesmos pelo que as características inerentes a cada um

podem explicar a variância nos resultados. O Biofiltro 5 (tojo) revelou um espectro de

respostas mais alargado, começando logo por ter uma maior percentagem de indivíduos

que não conseguiram detetar o odor de saída do biofiltro. Só por esta simples análise, é

possível inferir que o meio filtrante reagiu positivamente ao processo de

biodesodorização, de tal forma que, para certos indivíduos amostrados, não existiu

distinção entre o ar limpo e o que analisaram. Por outro lado, a maior distinção das

respostas na avaliação da intensidade do odor pode acarretar um maior grau de

incerteza quanto à concentração dos compostos emitidos. Embora a intensidade tenha

apresentado um espetro mais alargado nas respostas, o carácter neutro, atribuído pela

população, corrobora com a ideia de que a biodesodorização cumpriu o seu papel.

Nas análises do odor da compostagem e do Biofiltro 4 as respostas foram menos

dispersas, sendo que para a compostagem não existiu dúvida que o odor tinha uma

intensidade forte e era desagradável, enquanto o Biofiltro 4 tinha uma intensidade média

e caracterizava-se por ser neutro. A eficiência do Biofiltro 4 também fica comprovada

pela atribuição da maior percentagem a um odor neutro.

Dos inconvenientes desta análise, temos a não diferenciação entre o período de

adaptação, potencial máximo e saturação do biofiltro. Esta situação implicou que as

respostas na avaliação do odor e na atribuição da intensidade do mesmo englobasse

todas as fases, induzindo para as últimas análises erros de apreciação. Contudo, é

também interessante a sua avaliação global, para determinar a mudança dos resultados

mesmo que o biofiltro esteja saturado, pois, mesmo assim, as respostas continuaram a

ser positivas quanto ao seu comportamento depurativo.

Outro aspeto a ressalvar é a associação a um ou mais odores. Esta foi a questão que

mais dificuldade suscitou em todo o painel. Um especialista em análise olfatométrica

recebe formação para esta questão e deverá ser mais objetivo na sua escolha, até pelo

seu carácter rotineiro e habituação aos estímulos recebidos. Aqui, o painel era

inexperiente e acabou por revelar essa mesma característica na dificuldade

FCUP


demonstrada. Apesar disso, na associação do odor, a tendência de resposta para o

compostor foi em odores na classe Agressivo, de que fazem parte os odores como lixo e

estrume (o que corresponde, na íntegra, à realidade), ao passo que para ambos os

biofiltros a tendência foi para a classe Terra. Nesta classe, os odores característicos são

de bolor, madeira, floresta ou pinho. Ao caracterizar esta classe a população referiu

odores como mofo ou bolor, o que de fato se comprovou quando se desativou os

biofiltros, pela existência de ambientes diferentes no interior do biofiltro.

A análise estatística, realizada para as unidades de compostagem e biofiltros,

demonstrou ser coerente com as deduções retiradas da análise percentual dos dados.

Os valores obtidos para os graus de correlação e coeficientes cofenéticos são

considerados razoáveis (frequentemente perto do valor máximo) e aceitáveis para a

população amostrada, traduzindo assim a possível extrapolação das conclusões para

uma população mais alargada.

Em conclusão, a análise olfatométrica denuncia aspetos positivos na utilização da giesta

e do tojo como meio filtrante na biodesodorização.

FCUP


FCUP


5 Conclusões

O tratamento biológico tem sido a tecnologia, mundialmente, mais utilizada para

controlar a emissão de odores. Este método tem demonstrado ser muito eficiente, no

entanto existem estudos que têm como objetivo a otimização dos processos. Desta

forma, este trabalho estuda o tratamento biológico efetuado nos biofiltros, mais

concretamente a interferência do material de enchimento na depuração dos gases

odoríferos.

A realização do trabalho experimental resultou na procura de novos meios filtrantes, que

possam ser mais competitivos comparativamente aos materiais utilizados atualmente. A

sua ampla distribuição e abundância em Portugal, o baixo valor económico, a

capacidade de proporcionar uma longa vida útil do suporte microbiano e

biodegradabilidade, foram algumas das propriedades que estiveram na base da

seleção. Neste sentido, inicialmente realizou-se uma intensa pesquisa bibliográfica para

se conhecer os biofiltros já utilizados e testados, e perceber melhor o tratamento

biológico em si. Numa segunda fase projetou-se e implementou-se uma instalação de

tratamento de gases odoríferos, à escala laboratorial, e selecionou-se a casca de

eucalipto, a giesta e o tojo como meios filtrantes a ensaiar na instalação.

A casca de eucalipto foi selecionada por ser um resíduo da indústria do papel que, ao

mostrar resultados positivos como meio de enchimento, seria uma forma de valorização

deste material. A giesta e o tojo são plantas com uma elevada distribuição no território,

apresentando uma biodegradabilidade reduzida, em função dos seus teores em lenhina.

Os únicos cuidados, tidos no condicionamento dos materiais colocados como biofiltro,

foram o reduzido tempo entre o momento em que foram colhidos e o momento de

colocação na unidade, assim como a redução da granulometria dos materiais no sentido

de aumentar a superfície específica e garantir um melhor condicionamento no biofiltro,

reduzindo os espaços vazios.

FCUP


Dos cinco biofiltros testados, por vezes alguns com repetição do material, os que se

mostraram mais eficientes, na depuração dos gases provenientes da compostagem,

foram o Biofiltro 4 (giesta) e o Biofiltro 5 (tojo), pelas condições de temperatura e

humidade atingidas ao longo de todo o ensaio. Foram estes que apresentaram

temperaturas mais elevadas e humidades mais baixas. Onde os perfis de ambas as

propriedades apresentavam comportamentos inversos. Ou seja, quanto maior a

temperatura menor eram os teores de humidade. A comparação de ambos os biofiltros é

possível, uma vez que os gases que estiveram em contato foram exatamente os

mesmos porque funcionaram em paralelo, recebendo os compostos da mesma unidade

de compostagem. Por outro lado, o biofiltro que mais se desviou dos resultados

esperados foi o Biofiltro 1 (casca de eucalipto), por não ter sido capaz de fornecer

condições ideais para o desenvolvimento dos organismos intervenientes no tratamento

biológico.

Um parâmetro importante, que servia, também, para comprovar o rendimento dos

biofiltros era a quantificação química das concentrações dos gases libertados no

processo de compostagem após a passagem nos biofiltros. Contudo, o equipamento

utilizado para tal finalidade não revelou ser o mais adequado por não conseguir detetar

as concentrações emitidas. A razão para tal ter acontecido, deveu-se ao facto de,

provavelmente, estarem abaixo do seu limite de deteção. A construção do painel de

narizes funcionou como um suporte, nesta tarefa, e permitiu inferir sobre o

comportamento de uma comunidade se esta realidade for implementada numa escala

industrial. Como resultado da análise olfatométrica ficou comprovada a redução da

intensidade e do carácter de desagradabilidade entre o gás odorífero da compostagem

(todos os compostos causadores de odores numa CVO), e os gases emitidos após a

biofiltração.

Uma das grandes desvantagens, obtidas na possível implementação dos materiais

selecionados, foi a sua elevada biodegradabilidade e perda de massa, ao longo do

processo, mesmo em curtos períodos de tempo. Não obstante, tem de ser tido em conta

a quantidade muito reduzida de material testado, isto é, a massa utilizada estava

projetada para as dimensões do protótipo experimental e não para a escala industrial.

Outro fator que teve interferência direta na biofiltração foi o facto de a compostagem ser

à escala doméstica. Aqui foram ensaiados dois compostores onde o segundo ensaio

revelou melhores resultados na degradação da matéria orgânica e, consequentemente,

uma melhor produção de odores, responsáveis por desencadear todo o processo de

depuração do ar.

FCUP


Em suma, a giesta e o tojo são os materiais a considerar após este estudo, uma vez que

denunciam capacidades e propriedades de adaptação a processos de

biodesodorização. As suas características, torna-os materiais alvo de mais estudos. No

entanto, o seu curto período de vida inviabiliza, para já, a sua introdução nas instalações

de desodorização, tendo para isso de se realizar mais estudos.

É importante ainda referir que, no final do processo, estes materiais podem integrar a

compostagem e sofrer degradação completa.

Este trabalho revelou-se uma experiência muito enriquecedora, não só a nível

intelectual, devido ao contato com a problemática dos odores, quer pessoal por todo o

contato com novos colaboradores garantindo que, no final, o sucesso do trabalho

experimental fosse notório.

Visto este trabalho possuir uma forte componente experimental, existem sempre

variáveis passíveis de serem melhoradas, e que certamente implicam a obtenção de

novos resultados. Assim, ficam aqui alguns tópicos que servirão de guia para quem

quiser aprofundar esta temática.

Tendo por base a finalidade do tema, isto é, a pesquisa de novos materiais que sejam

mais competitivos, é necessário uma maior gama de escolha, para assim existir uma

melhor comparação entre os materiais e mais opção de escolha.

É, de igual modo, importante que os testes e monitorização dos parâmetros

condicionantes sejam intensivos, com particular destaque para uma metodologia que

permita a quantificação das concentrações dos compostos, que se pretendem avaliar.

No presente trabalho, as condições de funcionamento não foram as consideradas

ótimas pelo que para evitar a secagem, e consequente degradação acelerada do

material, é importante que os gases odoríferos, provenientes da compostagem,

apresentassem 100% de humidificação. Este fator nem sempre é fácil de se conseguir.

A amostragem correta dos compostos também poderá pôr em causa o sucesso, ou a

eficácia dos parâmetros analisados ao serem introduzidos erros passiveis de serem

eliminados. Da mesma forma, refere-se a necessidade do equipamento estar calibrado

para as concentrações que se estimam estar a ser libertadas juntamente com uma

resposta imediata e contínua dos compostos, da temperatura e humidade dos biofiltros.

Após todos estes ensaios em laboratório, era de especial relevância realizar pelo menos

um ensaio do biofiltro em ambiente industrial, sendo uma forma direta de comprovar os

resultados obtidos experimentalmente.

FCUP


Depois de comprovado o seu potencial, o passo seguinte seria a avaliação das misturas

dos materiais filtrantes, que melhores resultados obtiveram.

Por fim, assinala-se o carácter inovador deste tipo de trabalho mostrando o seu especial

interesse. Os resultados obtidos necessitam, seguramente, de mais investigações e

desenvolvimento, sendo este trabalho de investigação um bom ponto de partida.

6 Referências Bibliográficas

(s.d.). Obtido de Decreto-Lei nº181/2006: http://dre.pt/pdf1s/2006/09/17200/65786583.pdf

(s.d.). Obtido de Decreto-Lei n.o 242/2001: http://dre.pt/pdf1s/2001/08/202A00/55945611.pdf

A. Barona, A. E. (2004). Biofilter response to gradual and sudden variations in operating

conditions. Biochemical Engineering Journal 22 , 25-31.

Akdeniz, N., Janni, K. A., & Salnikov, I. A. (2011). Biofilter performance of pine nuggets and

lava rock as media. Bioresource Technology , 4974–4980.

Alfonsín, C., Hernández, J., Omil, F., Prado, Ó. J., Gabriel, D., Feijoo, G., et al. (2013).

Environmental assessment of different biofilters for the treatment of gaseous streams. Journal of

Environmental Management , 463-470.

Alves, M. M. (2005). Conceção e estudo de um biofiltro para tratamento de compostos orgânicos

voláteis - COV's. Natal: Universidade Federal do Rio Grande do Norte.

Antunes, R. M. (2006). Contribuição para o Estudo de Odores em Estações de Tratamento de

Águas Residuais Urbanas. Lisboa: Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de

Lisboa.

Antunes, R., & Mano, A. P. (2008). Odores em estações de tratamento de águas residuais. 7º

Congresso da água. Lisboa: Associação Portuguesa dos recursos hídricos.

Balbinot, A. (2010). Poluição olfativa - composição, mensuração e técnicas de tratamento de

efluentes com potencial odorífero. Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande do SUl.

Baquerizo, G., Maestre, J. P., Sakumab, T., Deshusses, M. A., Gamisans, X., Gabriel, D., et al.

(2005). A detailed model of a biofilter for ammonia removal: Model parameters analysis and

model validation. Chemical Engineering Journal , 205–214.

Barona, A., Elías, A., Arias, R., Cano, I., & González, R. (2004). Biofilter response to gradual and

sudden variations in operating conditions. Biochemical Engineering Journal , 25–31.

Bauer, T., Torres, A., Ferrer, R., Heyer, C., & G. Schultze-Werninghaus, K. R. (2002). Biofilm

formation in endotracheal tubes.Association between pneumonia and the persistence of

pathogens. Monaldi Arch Chest Dis , 84-87.

Bellis, M. (s.d.). History of Biofilters and Biofiltration Treatment. Obtido em Fevereiro de 2014,

de About.com Inventors: http://inventors.about.com/od/bstartinventions/a/biofiltration.htm

BioCycle: composting, renewable energy, sustainability . (April de 2012). Obtido em 19 de abril

de 2014, de BioCycle April 2012, Vol. 53, No. 4, p. 25:

http://www.biocycle.net/2012/04/26/managing-odors-in-organics-recycling/

Brattoli, M., Gennaro, G. d., Pinto, V. d., Loiotile, A. D., Lovascio, S., & Penza, M. (2011).

Odour Detection Methods: Olfactometry and Chemical Sensors . Sensors , pp. 5290-5322.

Brattoli, M., Gennaro, G. d., Pinto, V. d., Loiotile, A. D., Lovascio, S., & Penza, M. (2011).

Odour Detection Methods: Olfactometry and Chemical Sensors. Sensors , 5290-5322.

Cabral, F. A. (2003). Biofiltração para desodorização de reatores anaeróbios. Florianópolis:

Universidade Federal de Santa Catarina.

Cai, Z., & Sorial, G. A. (2009). Treatment of dynamic VOC mixture in a trickling-bed air biofilter

integrated with cyclic adsorption/desorption beds. Chemical Engineering Journal , 105–112.

Cai, Z., Kim, D., & Sorial, G. A. (2007). A comparative study in treating two VOC mixtures in

trickle bed air biofilters. Chemosphere , 1090–1097.

Cao, W., Xu, H., & Zhang, H. (2013). Architecture and functional groups of biofilms during

composting with and without inoculation. Process Biochemistry , 1222-1226.

Carvalho, R. M. (2009). Estudo da possibilidade de utilização de resíduos de origem agro-

pecuária compostados, em substituição de turfa, na produção de viveiros hortícolas. Lisboa:

Universidade Técnica de Lisboa.

Chernicharo, C., Stuetz, R. M., Souza, C. L., & Melo, G. C. (2010). Alternativas para o controle

de emissões odorantes em reatores anaeróbios tratando esgoto doméstico. Eng Sanit Ambient v.15

n.3 , 229-236.

Chowdhury, M. A., Neergaard, A. d., & Jensen, L. S. (2014). Potential of aeration flow rate and

bio-char addition to reduce greenhouse gas and ammonia emissions during manure composting.

Chemosphere , 16–25.

Converti, A., & Zilli, M. (1999). A biofiltração: uma tecnologia já afirmada no tratamento de

emissões gasosas. Università degli Studi di Genova.

Cordeiro, N. M. (2010). Compostagem de resíduos verdes e avaliação da qualidade dos

compostos obtidos - caso de estudo da Algar S.A. Lisboa: Universidade Técnica de Lisboa.

(2011). Dräger-Tubes & CMS-Handbook 16th edition. Lübeck: Dräger Safety AG & Co. KGaA.

Easter, C., Quigley, C., Burrowes, P., & Witherspoon, J. (s.d.). Biofilters and Biotowers for

treating odors.

Elias, A., Barona, A., Arreguy, A., Rios, J., Aranguiz, I., & Penas, J. (2002). Evaluation of a

packing material for the biodegradation of H2S and product analysis. Process Biochemistry 37 ,

813–820.

Elías, A., Barona, A., Ríos, F. J., Arreguy, A., Munguira, M., Peñas, J., et al. (2000). Application

of biofiltration to the degradation of hydrogen sulfide in gas effluents. Biodegradation , 423–427.

EPA. (setembro de 2003). Using Bioreactors to control air pollution. Obtido em 28 de abril de

2014, de U.S. Environmental Protection Agency: http://www.epa.gov/ttncatc1/dir1/fbiorect.pdf

Epstein, E. (2011). Industrial Composting: Environmental Engineering and Facilities

Management. United States of America: Taylor and Francis Group, LLC.

Epstein, E. Planning, Design, and Operational Factors that Affect Odor Control at Composting

Facilities. Environmental Issues Session.

Estrada, J. M., Quijano, G., Lebrero, R., & Muñoz, R. l. (2013). Step-feed biofiltration: A low

cost alternative configuration for off-gas treatment. Water Reseach , 4312 - 4321.

European Committee for standardization. (2003). Air quality - Determination of odour

concentration by dynamic olfactometry.

Fazaelipoor, M. H. (2009). Analysis of a dual liquid phase biofilter for the removal of

hydrophobic organic compounds from airstreams. Chemical Engineering Journal , 110–116.

Fernandes, M. J. (2012). Avaliação do processo a implementar numa central de compostagem:

formulação de misturas de resíduos. Porto: Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Ferrari, V. (2010). A sustentabilidade da vitivinicultura através de seus próprios resíduos.

Universidade de Caxias do Sul.

Filho, B., Wolff, D. B., Carvalho, C. M., Costa, R. H., & Ribeiro, L. G. (2000). Gestão de odores

e biodesodorização em um sistema de trtamento de esgoto sanitário. XXVII Congresso

Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental. Associação Brasileira de Engenharia

Sanitária e Ambiental.

Filho, P. B. (1998). Caracterização olfatométrica em uma refinaria de petróleo. São Paulo.

Fiúza, A. (2003). Aquisição e Análise de Dados. Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto.

Floresamatxo. (19 de setembro de 2011). Obtido em 19 de maio de 2014, de

http://floresamatxo.blogspot.pt/2011_09_01_archive.html

Galera, M. M., Cho, E., Tuuguu, E., Park, S.-J., Lee, C., & Chung, W.-J. (2008). Effects of

pollutant concentration ratio on the simultaneous removal of NH3, H2S and toluene gases using

rock wool-compost biofilter. Journal of Hazardous Materials , 624–631.

Giri, B., Mudliar, S., Deshmukh, S., Banerjee, S., & Pandey, R. (2010). Treatment of waste gas

containing low concentration of dimethyl sulphide (DMS) in a bench-scale biofilter. Bioresource

Technology , 2185–2190.

Giuliano, R. C., & Giuliano, A. D. (2002). Implicações da Proliferação de Odores Ofensivos

Sobre a Saúde e o Bem Estar da População Circunvizinha: ETE Piracicamirim - Piracicaba - SP.

Gonçalves, M. S. (2005). Gestão de Resíduos Orgânicos. Porto: Sociedade Portuguesa de

Inovação.

Govind, R. Biofiltration: an innovatted technology for the future. University of Cincinnati.

Groenestijn, J. v., & Kraakman, N. (2005). Recent developments in biological waste gas

purification in Europe. Chemical Engineering Journal , 85–91.

Hudock, D. M. (2007). Biofiltration as a viable alternative for air pollution control at department

of defense surface coating facilities. Ohio: Air University.

Humeau, P., Pre, P., & Cloirec, P. L. (2004). Optimization of Bioscrubber Performances:

Experimental and Modeling Approaches. Journal of Environmental Engineering Vol. 130, No. 3 .

(2008). Influêcia do tipo de meio de suporte no desempenho de biofiltros aplicados à remoção de

H2S do ar atmosférico em sistemas de esgoto sanitário. Vitória: Universidade Federal do Espírito

Santo.

Iowa State University. (Maio de 2004). Obtido em 18 de abril de 2014, de Animal Agriculture and

Air Quality: http://www.agronext.iastate.edu/airquality/pubs.html

Joseph S. Devinny, M. A. (1998). Biofiltration for Air Pollution Control. CRC Press.

Kokare, C. R., Chakraborty, S., Khopade, A. N., & Mahadik, K. R. (2009). Biofilm: Importance

and applications. Indian Journal of Biotechnology , 159-168.

Kokare, C. R., Khopade, A. N., & Mahadik, K. R. (2009). Biofilm: importance and applications.

Indian Jounal of Biotechnology , 158 - 169.

kumar, K., V.Sridevi, N.Harsha, lakshmi, M., & K.Rani. (2013). Biofiltration and its application

in treatment of air and water pollutants-A review. International Journal of Application or

Innovation in Engineering & Management .

Kumar, T. P., Rahul, Kumar, M. A., & Chandrajit, B. (2011). Biofiltration of Volatile Organic

Compounds (VOCs) – An Overview. Research Journal of Chemical Sciences , 83-92.

Lacey, M. E., Schirmer, W. N., & Lisboa, H. d. (2008). A olfatometria como ferramenta na

verificação da eficácia de neutralizador de odor industrial. Ambiência - Revista do Setor de

Ciências Agrárias e Ambientais .

Leal, M. A. (2006). produção e eficiência agronómica de compostos obtidos com palhada de

gramínea e leguminosa para cultivo de hortaliças orgânicas. Rio de Janeiro: Instituto de

Agronomia .

Lebrero, R., Gondim, A. C., Pérez, R., García-Encina, P. A., & Muñoz, R. l. (2014). Comparative

assessment of a biofilter, a biotrickling filter and a hollow fiber membrane bioreactor for odor

treatment in wastewater treatment plants. Water Research 49 , 339-350.

Li, Z., Lu, H., Ren, L., & He, L. (2013). Experimental and modeling approaches for food waste

composting: A review. Chemosphere , 1247–1257.

Liao, Q., Tian, X., Zhu, X., Chen, R., & Wang, Y. Z. (2008). Measurements and modeling of heat

generation in a trickling biofilter for biodegradation of a low concentration volatile organic

compound (VOC). Chemical Engineering Journal , 221–234.

Lisboa, H. d., Quadros, M. E., & Schirmer, W. N. (2006). A olfatometria como ferramenta no

controle da poluição atmosférica: caso de uma refinaria de petróleo. VIII Simpósio Ítalo Brasileiro

de Engenharia Sanitária e Ambiental. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e

Ambiental.

Malhautier, L., Gracian, C., Roux, J.-C., Fanlo, J.-L., & Cloirec, P. L. (2003). Biological

treatment process of air loaded with an ammonia and hydrogen sulfide mixture. Chemosphere ,

145–153.

Marchante, H., Marchante, E., & Freitas, H. (2005). Plantas Invasoras em Portugal: Fichas para

identificação e controlo. Coimbra.

Martins, N. D. (2008). Avaliação da Biodegradabilidade de Resíduos através do su Teor em

Lenhina. Lisboa: Universidade Nova de Lisboa.

Maulini-Duran, C., Artola, A., Font, X., & Sánchez, A. (2013). A systematic study of the gaseous

emissions from biosolids composting: Raw sludge versus anaerobically digested sludge.

Bioresource Technology , 43-51.

McNevin, D., & Barford, J. (2000). Biofiltration as an odour abatement strategy. Biochemical

Engineering Journal 5 , 231–242.

Mostafid, M. E., Shank, C., Imhoff, P. T., & Yazdani, R. (2012). Gas transport properties of

compost–woodchip and green waste for landfill biocovers and biofilters. Chemical Engineering

Journal , 314– 325.

NGK Insulators, L. (julho de 2002). Japanese Advanced Environment Equipment. Obtido em 20

de abril de 2014, de http://www.gec.jp/JSIM_DATA/AIR/AIR_5/html/Doc_111.html

Nicolai, R. E., & Janni, K. A. Development of a Low Cost Biofilter on Swine Production

Facilities. University of Minnesota.

Oliveira, F. N., Lima, H. J., & Cajazeira, J. P. (2004). Uso da Compostagem em Sistemas

Agrícolas Orgânicos. Embrapa Agroindústria Tropical. Documentos 89. Fortaleza.

Omri, I., Aouidi, F., Bouallagui, H., Godon, J.-J., & Hamdi, M. (2013). Performance study of

biofilter developed to treat H2S from wastewater odour. Saudi Journal of Biological Sciences 20 ,

169–176.

Pagans, E., Font, X., & Sánchez, A. (2006). Emission of volatile organic compounds from

composting of different solid wastes: Abatement by biofiltration. Journal of Hazardous Materials

, 179–186.

Pandey, R., Padoley, K., Mukherji, S., Mudliar, S., Vaidya, A., Rajvaidya, A., et al. (2007).

Biotreatment of waste gas containing pyridine in a biofilter. Bioresource Technology , 2258–

2267.

Pereira, A. (s.d.). Flora.on. Obtido em 22 de julho de 2014, de http://www.flora-on.pt/#/0d8uK

Pérez, J., Muñoz-Dorado, J., Rubia, T. d., & Martínez, J. (2002). Biodegradation and biological

treatments of cellulose, hemicellulose and lignin: an overview. Int Microbiol , 53 - 63.

Pielech-Przybylska, K., Zieminski, K., & Szopa, J. (2006). Acetone biodegradation in a trickle-

bed biofilter. International Biodeterioration & Biodegradation , 200-206.

Plantas Invasoras em Portugal. (s.d.). Obtido em 22 de julho de 2014, de http://invasoras.uc.pt

Prozil, S. O. (2008). Caracterização quimíca do engaço da uva e possíveis aplicações. Aveiro:

Universidade de Aveiro.

Raj, D., & Antil, R. (2011). Evaluation of maturity and stability parameters of composts prepared

from agro-industrial wastes. Bioresource Technology , 2868–2873.

REA. (2013). Relatório do Estado do Ambiente. Departamento de Estratégias e Análise

Económica, Agência Portuguesa do Ambiente.

Rocha, A. P. (2007). Desempenho de filtro biológico na depuração e desodorização de emissões

de sulfeto de hidrogénio. São Paulo: Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São

Paulo.

Russo, M. A. (2003). Tratamento de Resíduos sólidos: Texto de apoio. Universidade de Coimbra.

Santos, J. L. (2007). Caracterização físico-quimica e biológica em diferentes laboratórios de

produtos obtidos a partir da compostagem de resíduos orgânicos biodegradáveis. Porto:

Universidade do Porto.

Saraiva, I. (2011). Tecnologias de desodorização - Aplicação no setor das águas e resíduos.

Obtido em 24 de abril de 2014, de EFACEC: http://www.ua.pt/ReadObject.aspx?obj=22682

Saravanan, V., Rajasimman, M., & Rajamohan, N. (2013). Biofiltration of volatile organic

compound using two packing materials: Kinetics and modelling. Korean J. Chem. Eng. , 1918-

1928.

Sauer, K. (2004). The genomics and proteomics of biofilm formation . Genome Biology .

Schwab, F. C. (2003 ). Odores incómodos em emissões industriais: aspetos teóricos, práticas

atuais e um estudo de caso em fábrica agroquímica. Rio de Janeiro: Universidade do Estado do

Rio de Janeiro.

Selvi B. Anit, R. J. (s.d.). Biofiltration of air - outline of student presentation in New Zelan .

Obtido em 3 de Março de 2014, de http://www.rpi.edu/dept/chem-eng/Biotech-

Environ/Environmental/biofiltration/biofiltration.htm

Shahmansouri, M., Taghipour, H., Bina, B., & Movahedian, H. (2005). Biological Removal of

Ammonia from Contaminated Air Streams Using Biofiltration System. Iranian J Env Health Sci

Eng , 17 -25.

Shareefdeen, Z. M. (2012). A biofilter design tool for hydrogen sulfide removal calculations.

Clean Techn Environ Policy , 543–549.

Sharma, V., Canditelli, M., Fortuna, F., & Cornacchia, G. (1997). Processing of urban and agro-

industrial residues by aerobic composting: Review. Energy Conversion and Management , Pages

453–478.

Sheridan, B., Curran, T., Dodd, V., & Colligan, J. (2002). Biofiltration of Odour and Ammonia

from a Pig Unit}a pilot-scale Study. Biosystems Engineering , 441–453.

Silva, J. C. (2011). Biofiltros na remoção de compostos odoríferos: pesquisa de materiais.

Aveiro: Universidade de Aveiro.

Silva, M. B. (2008). Influência do tipo de meio de suporte no desempenho de biofiltros aplicados

à remoção de H2S do ar atmosférico em sistemas de esgoto sanitário. Vitória, Brasil:

Universidade Federal do Espírito Santo.

Silvério, M. R. (2011). Arranque, Monitorização e Optimização do Sistema de Desodorização da

Central de Valorização Orgânica da Suldouro. Lisboa: Instituto Superior Técnico - Universidade

Técnica de Lisboa.

Soreanu, G., Dixon, M., & Darlington, A. (2013). Botanical biofiltration of indoor gaseous

pollutants – A mini-review. Chemical Engineering Journal , 585–594.

Tabernacka, s., Zborowska, E., Łebkowska, M., & Borawski, M. (2014). Air purification from

TCE and PCE contamination in a hybrid hybridbioreactors and biofilter integrated system.

Journal of Hazardous Materials , 363– 369.

Takagi, T., Tanaka, M., Kamori, H., & Aritome, K. (1996). Biological desodorization technology.

Nippon Steel Technical Report , 15-21.

Tuomela, M., Vikman, M., Hatakka, A., & Itavaara, M. (2000). Biodegradation of lignin in a

compost environment: a review. Bioresource Technology , 169-183.

Tymczyna, L., Chmielowiec-Korzeniowska, A., & Saba, L. (2004). Biological Treatment of

Laying House Air with open Biofilter Use. Polish Journal of Environmental Studies , 425-428.

UTAD. (2014). Jardim Botânico UTAD. Obtido em 19 de maio de 2014, de

http://jb.utad.pt/especie/cytisus_striatus

Valente, B., Xavier, E., Morselli, T., Jahnke, D., Jr, B. d., Cabrera, B., et al. (2009). Fatores que

afetam o desenvolvimento da compostagem de resíduos orgânicos. In Archivos de zootecnia vol.

58 (pp. 59-85).

Varella, C. A. (2008). Análise Multivariada Aplicada as Ciências Agrárias. Rio de Janeiro:

Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro.

Vedova, L. D. (2008). Biofiltration of industrial waste gases in trickle-bed bioreactors. Università

degli Studi di Padova.

Volteface. (8 de abril de 2013). Wines of change. Obtido em 16 de maio de 2014, de

http://volteface-winesofchange.blogs.sapo.pt/1542.html

Waszkielis, K., R.Wronowski, W.Chlebus, I.Białobrzewski, J.Dach, Pilarski, K., et al. (2013).

The effect of temperature, composition and phase of the composting process on the thermal

conductivity of the substrate. Ecological Engineering , 354–357.

Wenping Cao, H. X. (2013). Architecture and functional groups of biofilms during composting

with and without inoculation. Process Biochemistry 48 (2013) , 1222–1226.

Wolstenholme, P., & Schafer, P. Odor control bioscrubbers: a 20-year history of sucessful

pplications. Seattle.

Yang, C., Suidan, M. T., Zhu, X., Kim, B. J., & Zeng, G. (2008). Effect of gas empty bed contact

time on performances of various types of rotating drum biofilters for removal of VOCs. water

reasearch , 3641 - 3650.

Yang, L., Wang, X., & Funk, T. L. (2014). Strong influence of medium pH condition on gas-

phase biofilter ammonia removal, nitrous oxide generation and microbial communities.

Bioresource Technology , 74 - 79.

Zarook Shareefdeen, A. S. (2005). Biotechnology for Odor and Air Pollution Control. Springer-

Verlag Berlin Heidelberg.

ANEXOS

i

Anexo I: Critérios de dimensionamento e operação dos Biofiltros

Quadro: I Principais critérios de dimensionamento e operação para Biofiltros, Biopercoladores e Bioscrubbers [(Antunes R. M., 2006) citando WEF/ASCE, 1995; Boyle, 2001, Metcalf & Eddy, 2003; Iranpour et al, 2005; Koe, 2000; Wu et al., 2001; USEPA, 2003; Hansen and indel, 2000; Le Cloirec at al., 2001].

Critério Unidade Biofiltro Biopercolador Bioscrubber

De dimensionamento

Tempo de retenção real S 30 - 60 - -

Tempo de retenção em

vazio S 20 -200 2 – 60 -

Porosidade do meio

filtrante % 35 - 50 90 -95 -

Altura do meio filtrante m 1 - 1,25 0,9 – 1,8 -

Carga hidráulica

superficial m3/m2/h

50 – 100

(150) 0,75 – 1,25 1

720 – 3600 2

30 – 100 1

Carga hidráulica

volúmica m3/m3/h 10 -100 - -

Perda de carga mm ca 100 – 150 90 – 500 -

Velocidade de

aproximação do gás m/s - 0,067 – 0,670 -

Taxa de recirculação do

líquido de lavagem L/min - 0,2 -1,0 -

Carga mássica kg/m2/s - -

0,41 – 0,819

3

0,4 – 0,7 4

De operação

Temperatura interior ºC 15 – 45 (25

– 35) - -

Humidade em função

do meio filtrante

- material orgânico

%

30 -70

50 – 65

- -

ii

- material sintético 55 – 65

pH - 6 -8 (6,5 –

7,5)

-7 (CVO)

1-2 (H2S) -

Concentração em

oxigénio

O2 / composto

Oxidado

mg O2/L

100

1 - 2 - -

1: líquido de lavagem; 2: ar; 3: gás; 4 líquido

iii

ANEXO II: Análise olfativa – inquérito compostor.

Figura II: Inquérito da análise olfativa, para o compostor.

iv

ANEXO II.I: Análise olfativa – inquérito Biofiltro A.

Figura II.I: Inquérito da análise olfativa, para o Biofiltro A.

v

ANEXO II.II: Análise olfativa – inquérito Biofiltro B.

Figura II.II: Inquérito da análise olfativa, para o Biofiltro B.

vi

ANEXO III: Análise olfativa – Associação de odor (compostor).

Figura III.I: Respostas da Classe Medicinal, do compostor.

Figura III.II: Respostas da Classe Químico, do compostor.

Figura III.III: Respostas da Classe Peixe, do compostor.

vii

Figura III.IV: Respostas da Classe Agressivo, do compostor.

Figura III.V: Respostas da Classe Floral, do compostor.

Figura III.VI: Respostas da Classe Frutos, do compostor.

viii

Figura III.VII: Respostas da Classe Vegetal, do compostor.

Figura III.VIII: Respostas da Classe Terra, do compostor.

ix

ANEXO IV: Análise olfativa – Associação de odor (Biofiltro A).

Figura IV.I: Respostas da Classe Terra, do Biofiltro A.

Figura IV.II: Respostas da Classe Químico, do Biofiltro A.

Figura IV.III: Respostas da Classe Peixe, do Biofiltro A.

x

Figura IV.IV: Respostas da Classe Agressivo, do Biofiltro A.

Figura IV.V: Respostas da Classe Floral, do Biofiltro A.

Figura IV.VI: Respostas da Classe Frutos, do Biofiltro A.

xi

Figura IV.VII: Respostas da Classe Vegetal, do Biofiltro A.

Figura IV.VIII: Respostas da Classe Terra, do Biofiltro A.

xii

ANEXO V: Análise olfativa – Associação de odor (Biofiltro B).

Figura V.I: Respostas da Classe Medicinal, do Biofiltro B.

Figura V.II: Respostas da Classe Químico, do Biofiltro B.

Figura V.III: Respostas da Classe Peixe, do Biofiltro B.

xiii

Figura V.IV: Respostas da Classe Agressivo, do Biofiltro B.

Figura V.V: Respostas da Classe Floral, do Biofiltro B.

Figura V.VI: Respostas da Classe Frutos, do Biofiltro B.

xiv

Figura V.VII: Respostas da Classe Vegetal, do Biofiltro B.

Figura V.VIII: Respostas da Classe Terra, do Biofiltro B.

todas as correções determinadas - repositorio- · pdf filee apoio demonstrado...

Documents