Fatores que influenciam na geração de gás

Com tantas variáveis a definir a produção de biogás em um aterro sanitário, é aceitável imaginar que fatores externos como composição dos resíduos, tamanho das partículas, temperatura, umidade, pH, geometria, operação, cobertura do aterro e idade dos RSU, entre outros, afetem o volume gerado e a qualidade desses gases.

A literatura (ABUSHAMMALA et al., 2010; MONTEIRO e ZYEIBIL, 2001; EL-FADEL et al., 1997; BARLAZ, 1996) aponta alguns fatores que interferem na geração de biogás nos aterros sanitários:

(I) Composição dos resíduos: Quanto maior o percentual de materiais biodegradáveis maior a taxa de geração de gases, ou seja, quanto mais facilmente é decomposta a fração orgânica, mais acelerada será a produção de gás. Já o início e a duração da geração dependem da natureza dos materiais dispostos no aterro (grau de degradabilidade).

(II) Tamanho das partículas: Também tem relação com a velocidade de degradação, que é maior em resíduos menores, tanto nos processos aeróbios quanto nos anaeróbios. Alguns resíduos biodegradáveis, tais como grandes pedaços de madeira, que não são inertes, mas se decompõem lentamente, na prática, não contribuem de forma significativa com a geração de gás. Essas frações de resíduos influenciam também nas

reduções volumétricas e na compressibilidade do resíduo. Podem apresentar variações nas suas propriedades de deformação, degradabilidade e tenacidade, ou seja, recalque.

(III) Temperatura: Além de determinar os tipos de bactérias predominantes na massa degradável, atua na cinética das reações químicas e na atividade dos microrganismos. Geralmente, quanto mais elevada for a temperatura maior será a atividade bacteriana, porém a faixa ótima de temperatura para bactérias mesofílicas é de 30 a 35º C (86 a 95º F), enquanto que para as bactérias termofílicas é de 45 a 65º C (113 a 149º F). As termófilas geralmente produzem altas taxas de geração de gás metano; contudo, a maior parte dos aterros tem temperatura tolerável pelas mesófilas. As máximas temperaturas do aterro frequentemente são alcançadas dentro de 45 dias após a disposição dos resíduos, como resultado da atividade aeróbia microbiológica. Uma vez desenvolvida a condição anaeróbia, a temperatura do aterro diminui. Grandes flutuações de temperatura são típicas nas camadas superficiais de um aterro, como resultado de mudanças na temperatura de ar ambiente. As temperaturas típicas do gás produzido em um aterro variam entre 30 a 60º C.

(IV) Umidade: Águas que adentram a célula proveniente da precipitação, a água presente na unidade dos RSU, bem como a umidade dos materiais de cobertura, que não são consumidas ou perdidas em forma de vapor, podem ser retidas no interior da célula do aterro sanitário, ou podem surgir na forma de lixiviado. Tanto os resíduos sólidos quanto os materiais de cobertura possuem a habilidade de reter água conforme a composição e condições iniciais dos RSU, clima, procedimento de operação do aterro, a existência ou não de recirculação de líquidos etc. Quando o volume de água que a camada de cobertura é capaz de reter é excedido, essa água vai percolar em direção da camada de resíduo e, caso a capacidade de carga do resíduo também seja excedida, a água escoará na forma de lixiviado pelo sistema de coleta de lixiviado. Geralmente seu aumento favorece a geração de gases, mas, em excesso, ocupa os espaços vazios na célula, impedindo fisicamente que as reações aconteçam. Se a umidade for muito baixa, há grande atraso na decomposição dos RSU, pois ela é transporte difuso de bactérias e nutrientes;

(V) pH: É um importante parâmetro de acompanhamento do processo de decomposição, uma vez que quando é ácido inibe a produção de metano. O pH da fase líquida dentro da célula pode ter um significante efeito sobre o processo de decomposição dos RSU, pois pode influenciar o desenvolvimento de microrganismos,

principalmente quando o pH se encontra fora da faixa de 6 a 9. Em geral, o pH ótimo para o crescimento microbiano e respectiva biodegradação de resíduos está entre 6,8 e 8,0 (Warith, 2003), contudo essa faixa pode variar dependendo do tipo de microrganismo. As bactérias acetogênicas toleram uma faixa mais larga de pH quando comparadas com as metanogênicas. As metanogênicas são sensíveis ao pH, e seu crescimento fora da faixa neutra é sensivelmente afetado. Os microrganismos acidogênicos serão também influenciados pelos níveis de pH. Nesse caso, o pH mais baixo modifica o tipo de ácido orgânico produzido. Por exemplo, um pH baixo pode resultar na produção de ácidos como o butílico, propanoico, dentre outros, sendo problemática a conversão desses ácidos a acetato, reação desejada na decomposição dos RSU (Tahmoorian, 2014). Inicialmente, o aterro tem um pH ácido (pH < 7) que tende a neutralidade quando a fase metanogênica vai predominando e há condição ideal de produção de gás. A maioria dos aterros tende ter ambientes levemente ácidos.

(VI) Geometria e operação do aterro: aterros com altura elevada e com um sistema eficiente de impermeabilização da camada de cobertura fomentam o predomínio de atividade anaeróbia. A camada de cobertura deve receber drenos de captação de gás e água, bem como ser de material resistente e com porosidade adequada para o devido aprisionamento do gás na célula. Da mesma forma, a correta compactação das camadas intermediárias e do rejeito, realizada durante a operação do aterro, aumenta a densidade dos resíduos e diminui os espaços para aprisionamento de O2 na célula, o

que propicia o encurtamento da fase aeróbia, favorecendo a produção de metano.

(VII) Idade dos RSU: O tempo que o resíduo está disposto ou que leva para ser acomodado na célula tem influência na qualidade e volume dos gases produzidos. Geralmente, resíduos novos geram mais gás e com mais metano em sua proporção, enquanto que os resíduos mais antigos podem ter sua capacidade naturalmente reduzida pela diminuição de matéria orgânica disponível ou potencializada por meio da recirculação dos líquidos percolados no aterro para incremento de microrganismos na célula de decomposição.

Além dos fatores apontados, o manejo aplicado no aterro pode determinar maior ou menor produção de gás. O tipo de drenagem das paredes e topo, o material usado na cobertura e nas camadas intercaladas, o sistema de drenagem e tratamento de gás e lixiviado, etc. Nesse manejo está incluída a recirculação do lixiviado, que é uma prática frequente nos aterros sanitários e contribui com o aumento da umidade na célula,

injeção de microrganismos decompositores e melhor distribuição dos mesmos pela célula, e aumenta a biomassa degradável na célula (ABUSHAMMALA et al., 2010). Todo esse incremento tem efeito positivo quando o objetivo é gerar gás metano. Além de aprimorar a geração de gás, a recirculação pode ser considerada um tratamento secundário do lixiviado, uma vez que propicia a atenuação de constituintes pela atividade biológica e por reações físico-químicas que ocorrem no interior do aterro e diminui seu volume em função da evaporação (SANTOS, 2012).

El-Fadel et al. (1997) elencaram o potencial de influência de alguns fatores discutidos nesta seção e concluíram que a densidade, o tamanho das partículas, os nutrientes e as bactérias disponíveis e o hidrogênio presentes nos mecanismos de biodegradação têm baixa influência no favorecimento da produção de gás. Já a composição do lixo, temperatura e pH teriam influência mediana, enquanto que a umidade seria o fator mais marcante no favorecimento da produção de gás. Para os autores, o oxigênio teria o mais alto potencial na inibição da geração de gás, enquanto que os sulfatos e metais teriam menor potencial na inibição do gás, e os tóxicos, potencial mediano.

Contrariando o exposto por El-Fadel et al. (1997), Barlaz (1996) menciona que o pH apresenta alto potencial de influência, uma vez que determina a presença de bactérias metanogênicas, bastante sensíveis ao pH. Augenstein e Pacey (1991) também discordam da importância dada à composição dos resíduos por El-Fadel et al. (1997), acreditando que a fração orgânica presente nos resíduos é determinante no potencial de geração de gases. Ainda em contradição, Melo (2003) verificou alta inibição causada por metais nos processos microbiológicos dos resíduos do aterro da Muribeca-PE. Em concordância, vários autores são convergentes sobre a importância da umidade para a produção de gases.

Vale lembrar que os parâmetros comentados influenciam não somente na geração e composição dos gases, mas também em seu volume produzido. Esse volume revela o potencial do aterro para produção de biogás e sua possível utilização como fonte de energia. Audibert e Fernandes (2012) determinaram o valor médio de 35.398.731 N.m³/ano para emissão de biogás no Aterro de Londrina. Pierobon (2007), 7.000 t.CH4/ano e Ensinas (2003), 1.649,70 N.m³/h, em aterros sanitários no Brasil.