Eggshell valorisation by co-composting process for environmental applications

Abstract

Nowadays, the European guidelines boost the concept of “circular economy” where the focus is to reuse, repair, refurbish and recycle existing materials and products. As a result, the waste can be turned into a resource with benefits to the economy and environment. In this scope, composting is a waste management option that can promote the retrieval of waste organic matter and nutrients, which can be tailored to obtain a product for suppressing soil deficiencies. This work aimed to evaluate the feasibility of co-composting industrial eggshell waste (ES) with other agro wastes (potato peel, grass clippings and rice husks), to obtain an added value product. For attaining this key motivating factor, co-composting was assessed at three levels: i) process performance, ii) end-product quality and iii) added-value of the final product (compost). In lab-scale self-heating reactors with forced aeration, several mixtures were composted. Firstly, a starting composting mixture of organic rich wastes was selected based upon its biological activity. Then, increasing quantities of industrial eggshell (inorganic material) were added up to 60% (w/w, wet basis). The influence of N-rich sources was also investigated. In these experiments, temperature and oxygen uptake rate were the main process variables monitored and conventional physical, chemical and stability parameters were also evaluated. Principal components analysis was used to unravel the main relationships structuring the variability associated to the composting experiments. Finally, added-value of the composting end-products obtained was appraised, in terms of sorption capacity and immobilisation of metals in soil. In this ambit, the fractionation of metals was determined. Globally, results showed that co-composting of industrial eggshell waste is feasible to fulfil the pathogen-killing criteria (70ºC, for 1 hour), when an N-rich source was present. At higher level of ES (60% w/w, wet basis) pathogen-killing temperatures were atained, but aerobic biological activity was hindered by some physical properties of the mixture, namely due to high density and low water holding capacity. Eggshell composting product (CES) was stable, non-phytotoxic and can be an effective liming material with intrinsic properties for in situ remediation of soil contaminated with lead and zinc.

Hoje em dia, as diretrizes europeias fomentam o conceito de "economia circular", onde o foco é a reutilização, reparação, recuperação e reciclagem de materiais e produtos em fim de vida. Como resultado, os resíduos podem ser transformados em recursos com benefícios para a economia e meio ambiente. Neste âmbito, a compostagem é uma opção de gestão de resíduos que pode promover a recuperação de matéria orgânica e nutrientes através da obtenção de um produto adequado para suprimir determinadas deficiências do solo. Este trabalho teve como objetivo avaliar a aplicabilidade da co-compostagem de resíduos industriais de casca de ovo (RCO) com outros agro-resíduos (casca de batata, aparas de relva e casca de arroz), de forma a obter um produto de valor acrescentado para remedição ambiental. Para o efeito, o processo de co-compostagem foi avaliado a três níveis: i) desempenho operacional, ii) qualidade do produto final e iii) valor acrescentado do produto final (composto) para aplicação ambiental. Em reatores laboratoriais de auto-aquecimento e com arejamento forçado foram testadas misturas com várias composições, de forma a selecionar uma mistura de base tendo como critério a atividade biológica. Posteriormente, quantidades crescentes de casca de ovo industrial (material inorgânico) foram adicionadas até um máximo de 60% (p/p, base húmida). Adicionalmente foi também investigada a influência de fontes ricas em azoto no desenvolvimento do processo foi também investigada. Nestas experiências laboratoriais, a temperatura e a taxa de consumo de oxigénio foram os principais variáveis monitorizadas, tendo sido avaliados diversos parâmetros convencionais de natureza física e química, bem como a estabilidade biológica. A análise de componentes principais (PCA) foi utilizada para mostrar as principais relações que estruturam a variabilidade associada aos testes de compostagem. O valor acrescentado dos produtos finais de compostagem obtidos foi avaliado, em termos de capacidade de sorção e potencial de imobilização de metais no solo. Neste âmbito, foram realizados testes descontínuos de sorção e o fracionamento de metais no solo. Globalmente, os resultados evidenciaram que a co-compostagem de resíduos industriais de casca de ovo é viável para cumprir os critérios higienização (70ºC, durante 1 h), quando uma fonte de rica em N está presente na mistura de base. No nível mais alto de incorporação de RCO (60% p/p, base húmida), o critério de higienização foi atingido, mas a atividade biológica aeróbia foi dificultada por algumas propriedades físicas da mistura, nomeadamente devido à elevada densidade bulk e à baixa capacidade de retenção de água. Os produtos finais de compostagem ricos em RCO são estáveis, não-fitotóxicos e podem ser utilizados como material de calagem com propriedades intrínsecas para remediação in situ de solos contaminados com chumbo e de zinco.