22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
III-092 - PROPOSTA DE METODOLOGIA PARA CARACTERIZAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Ilka Soares Cintra
Engenheira Civil (UFMG, 1979). Mestre em Engenharia Sanitária e Ambiental (UFMG, 1994). Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (DESA/UFMG). Professora Assistente do Departamento de Cartografia do Instituto de Geociências da UFMG.
Bruno Maia Pyramo Costa
Engenheiro Civil (UFMG, 1999). Mestre em Engenharia Sanitária e Ambiental (UFMG, 2002).
Paulo Augusto Cunha Libânio
Engenheiro Civil (UFMG, 1999). Mestre em Engenharia Sanitária e Ambiental (UFMG, 2002). Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (DESA/UFMG).
Carlos Augusto de Lemos Chernicharo(1)
Engenheiro Civil e Sanitarista. Doutor em Engenharia Ambiental pela Universidade de Newcastle upon Tyne – UK, Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG.
Endereço(1): Av. do Contorno, 842/701 – Centro – 30110-060 – Belo Horizonte – MG. Tel: (31) 3238.1020 – Fax: (31) 3238.1879 –
RESUMO
O presente estudo apresenta uma proposta de padronização para as metodologias de amostragem e caracterização físico-química de resíduos sólidos urbanos. O texto descreve os procedimentos empregados nas diversas etapas de amostragem, preparação das amostras e realização das análises laboratoriais. Ademais, são apresentados os resultados
concernentes à determinação da composição gravimétrica, teor de umidade, sólidos voláteis, metais e análise instrumental de C:H:N em amostras de lixo urbano do município de Belo Horizonte. Os métodos utilizados mostraram-se adequados à caracterização dos resíduos, uma vez que os resultados obtidos encontram-se coerentes com aqueles descritos na literatura.
PALAVRAS-CHAVE: Metodologia de Amostragem, Caracterização de RSU, Resíduos Sólidos Urbanos.
INTRODUÇÃO
A grande heterogeneidade da composição do lixo urbano – entendendo-se por este, todos os resíduos sólidos provenientes dos estabelecimentos comerciais, repartições públicas, da varrição e limpeza dos logradouros e, essencialmente, dos domicílios – d ificulta um entendimento entre os pesquisadores quanto aos procedimentos metodológicos a serem adotados nas campanhas de amostragem e na investigação das propriedades destes resíduos. Esta realidade se reflete em diversos momentos, seja na indefinição dos critérios para a classificação dos diversos materiais constituintes da massa de resíduos, seja na preparação e determinação dos diversos parâmetros avaliados.
A inexistência de uma abordagem única e amplamente aceita, que satisfaça o rigor técnico-científico, dificulta um entendimento mais amplo das características físico-químicas e biológicas dos resíduos sólidos urbanos e, conseqüentemente, a construção de modelos teóricos capazes de explicar os fenômenos de estabilização dos materiais potencialmente biodegradáveis.
CASTILHOS JÚNIOR apud PINTO (2000) ressalta que a variedade e a complexidade dos resíduos sólidos é uma questão delicada do ponto de vista experimental, devido à
dificuldade em se reproduzir os experimentos quando se utiliza, como substrato, pequenas quantidades de resíduos. Além disso, a sua aplicação fica limitada para estudos em diferentes locais e momentos.
Em maio de 2001, objetivando-se o preenchimento de nove reatores anaeróbios com os resíduos sólidos urbanos de Belo Horizonte, nos quais se simulariam diferentes condições operacionais de um aterro celular, e após a constatação da ausência de uma padronização de metodologias de amostragem e caracterização do lixo urbano, fez-se necessária à
elaboração e execução de um plano de trabalho viável e adequado, respaldado por uma análise crítica de trabalhos concernentes ao tema.
Desta forma, após uma ampla revisão das metodologias empregadas em análises de amostras de resíduos sólidos urbanos e da realização de inúmeras reuniões entre os docentes do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental e do Departamento de Química da UFMG com os alunos de pós- graduação diretamente envolvidos com o experimento, definiram-se metodologias próprias para cada etapa do trabalho – amostragem, preparação das amostras e análise de parâmetros físico-químicos.
As metodologias investigadas, bem como a discussão dos pontos conflitantes nas análises dos parâmetros de interesse, são apresentadas resumidamente neste artigo.
OBJETIVOS
Avaliação da validade e adequação de metodologias para obtenção, preparação e análise de amostras de resíduos sólidos urbanos, utilizadas na determinação de parâmetros físico-químicos de interesse.
MATERIAL E MÉTODOS
Amostragem dos Resíduos Sólidos Urbanos
Na amostragem dos resíduos sólidos, admitiram-se válidas as premissas de
TCHOBANOGLOUS et al. (1993), que consideram a carga total de um caminhão, em um dia típico de coleta, uma amostra representativa do lixo urbano residencial, citando ainda outros estudos nos quais aferiram-se variações pouco significativas entre amostras de aproximadamente 90 a 800 kg.
Assim, durante 9 dias, amostrou-se o lixo urbano coletado em todas regionais de limpeza pública de Belo Horizonte, à exceção da regional Centro, basicamente proveniente da atividade comercial (MERCEDES, 1997).
Após a realização de sucessivas etapas de quarteamento, descarte dos quartos vis a vis, e homogeneização dos quartos restantes, sempre com a utilização de uma pá mecânica devido ao grande volume de lixo amostrado, obtinha-se, diariamente, uma amostra final de aproximadamente 100 kg, necessária à determinação da composição gravimétrica.
Preparação das Amostras de Resíduos Sólidos Urbanos
A preparação das amostras e as inferências analíticas foram realizadas conforme as
recomendações preconizadas por diversos autores e instituições envolvidas com a pesquisa de resíduos sólidos, notadamente os solos e compostos orgânicos e lodos de esgoto
doméstico.
Desta forma, somente aqueles materiais constituintes da fração biodegradáve l do lixo urbano, sujeitos mais intensamente às transformações bioquímicas pela atividade
microbiana, foram objeto das análises laboratoriais. A massa de inertes foi segregada e pesada, sendo de interesse somente quando da determinação da composição gravimétrica dos resíduos amostrados.
A Figura 1 apresenta um quadro resumo das diversas etapas do trabalho de caracterização dos resíduos sólidos urbanos, desde a amostragem dos resíduos até os procedimentos laboratoriais.
Figura 1: Esquema geral de amostragem e caracterização dos resíduos sólidos urbanos Determinação da Composição Gravimétrica
A definição dos critérios de classificação dos resíduos se deu a partir da revisão
bibliográfica e, principalmente, após a determinação da composição gravimétrica do lixo urbano de Belo Horizonte em dois trabalhos preliminares, os quais permitiram a
identificação prévia dos principais constituintes e a elaboração de planilhas para o registro da pesagem.
Determinação do Teor de Umidade
Diariamente, após o descarte dos materiais "excluídos" e "inertes ou pouco
biodegradáveis", a partir da homogeneização da massa restante, correspondente àqueles potencialmente biodegradáveis – "lentamente e rapidamente biodegradáveis" e material particulado – seguiram-se sucessivas etapas de quarteamento, descarte dos quartos vis a vis e homogeneização dos quartos restantes, até obtenção de aproximadamente 1 kg de
amostra. Esta massa foi pesada em duas bandejas de alumínio para a determinação do teor de umidade (65oC durante 24 h e 110oC durante 4 h).
Teores de Carbono, Hidrogênio e Nitrogênio
Após a secagem das amostras, conforme descrito no item anterior, as mesmas foram trituradas seguidamente em moinho de faca (Standard Model no 0.3 Wiley Mill) e moinho de bolas (modelo Pulverisette 5 Fritsch) e, finalmente, peneiradas (modelo Pavitest
Contenco). Determinaram-se, então, os teores de carbono, nitrogênio e hidrogênio pela análise instrumental.
Determinação dos Teores de Metais Pesados
Após a amostragem do lixo urbano no aterro sanitário de Belo Horizonte, com a
identificação e quantificação dos diversos materiais constituintes, procedeu-se à etapa de preparação de amostras para a caracterização físico-química da massa de resíduos sólidos urbanos amostrada.
Primeiramente, uma vez que os resíduos orgânicos encontram-se mais sujeitos às
aterrados e, considerando-se as limitações dos equipamentos empregados na desintegração mecânica das amostras sólidas, utilizou-se somente a fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) nas inferências analíticas, sendo excluídas aqueles materiais
correspondentes à fração inerte ou pouco biodegradável. Assim, seguiu-se uma série de procedimentos consecutivos de quarteamento, descarte dos quartos vis a vis e
homogeneização dos quartos restantes, obtinha-se uma amostra final daqueles materiais classificados como "potencialmente biodegradáveis".
Em laboratório, após a secagem em estufa (Fanem Modelo 315/2) por períodos de 24 horas a 65oC e de 4 horas a 105oC, respectivamente, as amostras foram trituradas em um moinho de faca (Standard Model no 0.3 Wiley Mill) e em um moinho de bolas (Pulverisette 5 Fritsch), sendo, então, conservadas à baixa temperatura, em sacos plásticos hermeticamente vedados, no interior de um refrigerador, até a realização das análises laboratoriais.
As amostras já devidamente preparadas – desidratadas, trituradas, peneiradas e conservadas à baixa temperatura – foram digeridas através do ataque com ácidos nítrico e sulfúrico concentrado (3030 G), com aquecimento em banho - maria, no interior de uma capela para exaustão de gases tóxicos. Ao término da digestão, as soluções eram filtradas em papel de filtro e recolhidas em um balão volumétrico.
Por fim, para a determinação de alguns "analitos", faziam-se diluições da solução inicial de forma que, como observado em estudo preliminar (Osório Neto et al., 2001), era possível aferir suas concentrações na faixa ideal de leitura do espectrofotômetro de absorção
atômica (Perkin- Elmer 3300). Os teores de metais pesados foram determinados pela técnica da emissão por chama (método 3111 B), descrito no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (AWWA/APHA/WEF,1998).
RESULTADOS E DISCUSSÃO Composição Gravimétrica
Os valores percentuais médios em peso úmido dos diversos componentes encontram-se na Figura 2.
Figura 2: Composição gravimétrica do lixo urbano amostrado
As três maiores categorias, por ordem percentual em peso – matéria orgânica, plástico fino e papel reciclável, correspondem, conjuntamente, por aproximadamente 60% do peso total. Este resultado é semelhante ao obtido no mais recente estudo de amostragem e
caracterização dos resíduos sólidos urbanos de Belo Horizonte, realizado pe la Secretaria Municipal de Limpeza Urbana (SMLU) e descrito por MERCEDES (1997), no qual estas categorias apresentam, respectivamente, os três maiores percentuais em peso úmido. Pôde-se obPôde-servar, entretanto, que o percentual de matéria orgânica putrescível é inferior àquele reportado na literatura, usualmente superior a 50%.
Teor de Umidade
Ao término do período de amostragem e preenchimento dos reatores anaeróbios, pôde-se determinar um teor de umidade médio de 53,6% (44,8% a 62,2%). Deve-se ressaltar que estes valores correspondem à fração biodegradável e, assumindo-se desprezível o teor de umidade dos materiais inertes, pode-se facilmente estimar a umidade da massa total de resíduos, multiplicando-se os valores aferidos pela razão massa de resíduos pote ncialmente biodegradáveis / massa total de resíduos. Assim, chegou-se a um teor médio de umidade corrigido de 38,1 % (33,1 a 46,6%).
Teores de Carbono, Hidrogênio e Nitrogênio
Os teores de carbono, hidrogênio e nitrogênio foram determinados através da análise instrumental, obtendo-se: 33,6%C (31,6 a 41,9%), 5,2%H (3,1 a 6,4%) e 2,1%N (1,4 a 2,4%). Assim, considerando-se a massa atômica dos respectivos elementos, fez-se possível estimar a formulação básica dos resíduos classificados como "potencialmente
biodegradáveis": C19H35N. Tal estimativa mostrou-se coerente com as formulações básicas de HAMADA (1997) para resíduos "lentamente e rapidamente biodegradáveis", obtidas a partir de relações C:H:N aferidas em restos de alimentos, papel e papelão, têxteis e madeira.
Ademais, objetivando-se avaliar a correlação entre o teor de carbono total e de sólidos voláteis, determinou-se este último através do método da ignição (550oC, 2h). KIEHL (1981) infere analiticamente o teor de carbono total (C% total) e o teor de carbono orgânico (C% orgânico) a partir das determinações da matéria orgânica total (método de ignição) e decomponível (por via úmida), respectivamente. EGREJA (1996) afirma que o teor de carbono total pode ser estimado a partir do teor de sólidos voláteis, citando que, em termos práticos, o mesmo corresponde ao teor de carbono orgânico. Tal hipótese foi validada neste trabalho, uma vez que os componentes inertes (grupo III) foram excluídos da amostra. O gráfico da Figura 3 apresenta o ajuste do modelo de regressão linear com intercepto nulo à dispersão dos pontos amostrais correspondentes aos teores de carbono e de sólidos voláteis, aferidos em diferentes amostras do lixo urbano analisado.
Figura 3: Determinação do fator de correlação para estimativa do teor de carbono a partir da determinação dos sólidos voláteis
Por fim, verificou-se uma boa correlação entre o teor de carbono total (teor de carbono orgânico total) e o teor de sólidos voláteis nas amostras, determinando-se um fator de correlação bem próximo ao preconizado na literatura (FC @ 2). No Brasil, um fator muito utilizado é 1,8, embora alguns autores sugiram 1,78; 1,72 e até 2 para a determinação do teor de carbono total.
Os gráficos da Figura 4 destacam a importância dos procedimentos preparatórios, preliminares à determinação do teor de metais por EAA, uma vez que se observa nas mesmas amostras maiores concentrações dos metais nas frações de menor granulometria, seja pela maior área específica, favorencendo o ataque ácido, seja pela já conhecida associação das partículas ínfimas com os metais pesados.
Figura 4: Avaliação da interferência da granulometria na determinação das concentrações médias dos diversos metais em amostras de resíduos sólidos urbanos.
CONCLUSÕES
Os procedimentos metodológicos adotados, além de se mostrarem plenamente exeqüíveis nas etapas de obtenção e preparação das amostras (segregação, transporte, manuseio, trituração, digestão em ácido), apresentaram resultados satisfatórios, bem coerentes com trabalhos correlatos ao tema, mostrando-se de fundamental importância quando da aferição dos teores de metais pesados.
As análises dos resíduos amostrados produziram informações suficientes para um adequado reconhecimento da carga poluente contida nos mesmos, intimamente associada aos
compostos orgânicos biodegradáveis, susceptíveis ao ataque de microrganismos decompositores. Ademais, uma vez que o objetivo era o posterior monitoramento dos fenômenos correlatos à digestão anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, pouco ou nenhum significado haveria em se determinar as características físico-químicas dos materiais inertes.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FINEP/PROSAB, ao CNPq e à FAPEMIG pelo financiamento da pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AWWA/APHA/WEF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th edition., Washington DC, USA, 1998.
EGREJA FILHO, F.B. Relatório de Atividades de Consultoria Junto à Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte / CODEPRO PROJETO : BRA/93-015, 1996.
HAMADA, J. Estimativas de geração e caracterização do chorume em aterros sanitários. Anais do XIX Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Foz do Iguaçu, 1997.
KIEHL, E. J.; PORTA A. Método de Amostragem de Lixo e Composto e Interpretação dos Resultados Analíticos. ABLP, no19, ano VIII, pp.3-7, 1981.
MERCEDES, S. S. P. Perfil de Geração de Resíduos Sólidos Domiciliares no Município de Belo Horizonte no Ano de 1995. Anais do XIX Congresso Brasileiro de Engenharia
Sanitária e Ambiental. Foz do Iguaçu, 1997.
Osório Neto E., Cintra I.S., Costa B.M.P., Libânio P.A.C., Reis A.A., Santos L.V.S., Dutra A.T. e Cherinicharo C. A. L. Estudo de Metodologia Empregada na Análise de Metais em Amostras de Chorume. PROSAB, Edital III, Tema IV. Relatório Final, 2001.
PINTO, D.M.C.L. Avaliação da Partida da Digestão Anaeróbia da Fração Orgânica de Resíduos Sólidos Domésticos Inoculados com Percolado. Departamento de Hidráulica e Saneamento da USP, São Carlos, 2000, 175p. (Tese de Doutorado).
TCHOBANOGLOUS, G.; THEISEN, H.; VIGIL, S.A. Integrated Solid Waste
Management – Engineering Principles and Management Issues. McGraw-Hill International Editions, 978pp., 1993.
