UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRAULICA E AMBIENTAL CURSO DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
FERNANDO HENRIQUE RIBEIRO HOLANDA
VIABILIDADE ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DO BIOGÁS DE PEQUENOS ATERROS SANITÁRIOS NA RECICLAGEM DE PLÁSTICO
FERNANDO HENRIQUE RIBEIRO HOLANDA
VIABILIDADE ECONÔMICA DO APROVEITAMENTO DO BIOGÁS DE PEQUENOS ATERROS SANITÁRIOS NA RECICLAGEM DE PLÁSTICO
Dissertação de Mestrado apresentadaao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental)do Centro de Tecnologia da Universidade Federal doCeará, como requisito parcial paraobtenção do Título de Mestre em Engenharia Sanitaria e Ambiental
Orientador: Prof. Dr. José Capelo Neto
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará
Biblioteca de Pós-Graduação em Engenharia - BPGE
H669v Holanda, Fernando Henrique Ribeiro.
Viabilidade econômica do aproveitamento do biogás de pequenos aterros sanitários na reciclagem de plástico / Fernando Henrique Ribeiro Holanda. – 2014.
70 f. : il. color., enc. ; 30 cm.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Fortaleza, 2014.
Área de Concentração: Saneamento Ambiental. Orientação: Prof. Dr. José Capelo Neto.
1. Saneamento. 2. Biogás. 3. Cooperativas. 4. Resíduos sólidos – Políticas. I. Título.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por ter me dado sabedoria para chegar até o fim, nessa caminhada de 14 meses, a qual, por muitas vezes, vi-me desanimado e busquei Nele o refúgio e a segurança para seguir em frente.
Agradeço à minha família pelo suporte durante todos os anos da minha vida, de forma especial aos meus pais, Fernando e Heloisa, por terem dedicado tanto carinho e amor em minha educação. Às minhas irmãs, Elaine e Juliana, por sempre estarem por perto para me orientar e apoiar. À minha sobrinha, Yasmin, que sempre me faz sorrir e encantar com sua pureza.
Ao meu professor e orientador, Capelo, pela imensa paciência, companheirismo e amizade dispensada nesses meses de trabalho.
Aos meus professores Suetônio Mota, um exemplo de profissional, professor e pessoa; e à professora Glória Marinho, referência na minha formação.
Aos meus cunhados, Danilo e Ivan, bons amigos;
Aos meus grandes amigos Igor Sá, Thiago Cartaxo, Elias Gonzaga, Arthus Morais e Fabio Mapurunga, simplesmente por existirem e serem essenciais na minha vida como irmãos que eu escolhi ter ao meu lado.
À Emilcy Rebouças, por sempre ter acreditado no meu potencial, inspirando-me à superação profissional e pessoal; à Bianca Real, pelo enorme apoio nos momentos que antecederam ao concurso, estudando por horas com admirável paciência.
Aos meus colegas de profissão e amigos Ana Karine, Elie Regina, Rosiane Marques, Wesley Eduardo.
Aos meus colegas de mestrado Jéssica Elen, Tayane Santos, Priscila Vilella, Renato, Ruan, Amilcar, pela força e companheirismo nos momentos de trabalhos e estudos.
“Enquanto o homem justificar o
desenvolvimento com a destruição da
RESUMO
A geração de resíduos sólidos faz parte do contexto social em que vivemos, entretanto, a cultura da reciclagem ainda é pouco valorizada no Brasil. A Política Nacional de Resíduos Sólidos, de 2010, estimula a valorização do processo de reciclagem, da organização e do fim da informalidade dos catadores, além de incentivar o aproveitamento energético do biogás gerado em aterros sanitários. Fundamentado nesses três pontos, o presente trabalho elaborou um plano de negócios para a implantação de uma usina de reciclagem de plástico Polietileno de Alta Densidade– PEAD, utilizando, para tanto, a energia produzida pelo biogás no Aterro Sanitário Metropolitano Sul em Maracanaú, Ceará. Foram desenvolvidos projetos de coleta e aproveitamento do biogás e de uma usina de processamento de PEAD, além de levantamento de custos de todo o material necessário para a implantação e operação da planta. Analisou-se a viabilidade econômica de dois
ambientes distintos, pela Cooperativa de catadores e pela Empresa de reciclagem. Para cada ambiente, foram desenvolvidos três cenários de aquisição do material plástico (100% comprado, 50% comprado e 50% doado, 100% doado). Foi possível constatar que apenas o ambiente Cooperativa e o terceiro cenário mostraram-se
sustentáveis para a implantação de um sistema deste porte.
ABSTRACT
The generation of solid waste is part of the social context in which we live , however, the culture of recycling is still undervalued in Brazil . The 2010 National Solid Waste Policy encourages the improvement of recycling process, the organization of waste pickers to end informal activities, and encourages the use of biogas generated in landfills. Based on these three topics, this paper drew up a business plan for a recycling plant for HDPE using the biogas energy produced in the South Metropolitan Landfill in Maracanau, Ceará. For this, a biogas collection system and a plant for HDPE processing were developed in addition costs estimates of all the material needed for their implementation and operation. It was analyzed the economic feasibility for two distinct environments, using the waste pickers Cooperative and through a regular recycling company. For each environment, three raw material acquisition scenarios were developed (100% purchased, 50 % purchased and 50% donated, and 100 % donated ). It was found that only with the cooperative environment and in the third scenario the business proved to be economically feasible.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Composição dos gases no aterro. ... 30
Figura 2 - Produção estimada de biogás em aterro. ... 33
Figura 3 - Opções de Layout para poços de captação ... 36
Figura 4 - Vista de satélite do ASMS ... 37
Figura 5 - Poços e suas áreas de influência no Setor S2. Aterro sanitário de Maracanaú, Ceará. ... 39
Figura 6 - - Esquema do poço de captação de biogás. ... 41
Figura 7: Fluxograma do processo de captação ... 45
Figura 8 - Geração, recuperação e vazão de projeto de Biogás no ASMS entre 1997 e 2030 ... 49
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Caracterização dos Resíduos de Fortaleza ... 27
Tabela 2 - Percentuais de degradabilidade dos Resíduos de Fortaleza ... 27
Tabela 3 - Relação dos poços e equipamentos ... 51
Tabela 4 - Perda de carga sofrida ao longo do percurso ... 52
Tabela 5 - Custos de implantação de material e equipamentos para beneficiamento do plástico ... 56
Tabela 6 - Custos fixos de pessoal - Ambiente Empresa ... 57
Tabela 7- Custos fixos de pessoal – Ambiente Cooperativa ... 58
Tabela 8 - Comparação entre os três cenários dos dois ambientes ... 60
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASMOC – Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia ASMS – Aterro Sanitário Metropolitano Sul
CLT - Consolidação das Leis Trabalhistas
CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente
COOMVIDA – Cooperativa de Produção do Conjunto Vida Nova de Maracanaú DQO – Demanda Química de Oxigênio
EPE – Empresa de Pesquisa Energética EPI – Equipamentos de Proteção Individual GEE – Gases de Efeito Estufa
ICLEI - Conselho Internacional para Iniciativas Ambientais Locais INSS – Instituto Nacional do Seguro Social
IPECE – Instituto de Pesquisa e Estatística Econômica do Ceará LMOP –Landfill Methane Outreach Program
PEAD – Tubo de polietileno
PMM – Prefeitura Municipal de Maracanaú PNRS – Plano Nacional de Resíduos Sólidos MDL – Mercado de Desenvolvimento Limpo MMA – Ministério do Meio Ambiente
MNCR – Movimento Nacional de Catadores de Materiais Recicláveis RSD – Resíduos Sólidos Domésticos
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial SESI – Serviço Social da Indústria
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 14
2. OBJETIVOS ... 16
2.1 – Objetivo Geral ... 16
2.2 – Objetivos Específicos... 16
3. REFERENCIAL TEÓRICO ... 17
3.1 – Resíduos Sólidos ... 17
3.1.1 - Resíduos Sólidos e a Sustentabilidade ... 18
3.1.2 – Problemas ambientais ocasionado pelos resíduos sólidos ... 19
3.2 - Política Nacional dos Resíduos Sólidos ... 21
3.2.1 - Coleta seletiva ... 22
3.2.2 - Incentivo a Associação de Catadores ... 23
3.2.3 - Aterros Sanitários ... 24
3.3 – Caracterização dos Resíduos Sólidos ... 26
3.4 – Biogás ... 28
3.4.1 – Formação do Biogás ... 29
3.4.2 – Impactos Ambientais do Biogás ... 30
3.4.3 – Aproveitamento de Biogás em Aterro ... 32
3.5 - Captação e Drenagem de Biogás em Aterro ... 33
3.5.1 – Tubulação de Cabeçalho ... 34
3.5.2 – Válvulas ... 35
3.5.3 – Condensador ... 35
4 – METODOLOGIA ... 37
4.1 – Etapa 1 - Dimensionamento do Sistema de Captação de Biogás ... 38
3.1.1 Previsão de volume de biogás gerado ... 38
4.2 – Etapa 2 - Análise da Viabilidade Econômica do Projeto ... 45
5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 49
5.1 – Etapa 1 - Dimensionamento do sistema de Coleta de Gás ... 49
5.2 – Etapa 2 – Análise econômico – financeira da reciclagem de plástico ... 54
6 – CONCLUSÕES ... 62
7 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 63
APÊNDICE A – PLANTA DO SETOR S1 DO ASMS COM DETALHE DOS POÇOS E RAIO DE INFLUÊNCIA ... 70
1. INTRODUÇÃO
O Brasil, em agosto de 2010, abordou um novo conceito de gestão ambiental dos resíduos sólidos, quando, através da lei federal 12.305, os princípios que norteiam a operacionalização dos resíduos receberam um reforço social, econômico e ambiental, visando à sustentabilidade e à responsabilidade ambiental. Entretanto, o desafio brasileiro ainda é muito grande. A busca por alternativas que justifiquem uma gestão responsável dos resíduos ainda tem muito que melhorar.
O descarte de resíduos sólidos em aterros sanitários ainda está muito aquém do ideal, entretanto, é a condição mais favorável à realidade brasileira que ainda utiliza lixões como destinação final, realidade essa que deverá mudar com a nova política de resíduos sólidos do Brasil.
Dentre as várias características do aterro sanitário, estão o controle e o tratamento do lixiviado, impermeabilização do solo, compactação de resíduos e cobertura diária, além da drenagem do subproduto da decomposição anaeróbia da matéria orgânica presente no resíduo, conhecido como biogás.
O biogás é produzido por bactérias através de processos físicos, químicos e biológicos de decomposição anaeróbia, produzindo, essencialmente, o metano (CH4), presente em aproximadamente 55% e o dióxido de carbono (CO2), compondo
45%, além de outros gases de forma residual. Tais percentuais dependem de fatores externos. O biogás é incolor, possui um odor desagradável, geralmente composto de traços de gás sulfídrico (H2S) e é inflamável, principalmente, devido à presença do
metano, que possui um caráter explosivo e um poder calorífico em torno de 5.000 a 7.000 kcal/m³ (TEIXEIRA, 2010).
Devido a essas características, a geração de biogás em aterros sanitários deve ser vista não como um problema ambiental, mas como disponibilidade de energia, transformada em elétrica ou térmica, dependendo da finalidade a que se propõe utilizar o gás, visando a benefícios sociais e ao controle ambiental.
Este trabalho desenvolveu um modelo de gestão biotecnológico que incorpore quatro aspectos fundamentais: o social, o econômico, o ambiental e o tecnológico. Tais pontos estão agregados e necessitam de níveis iguais de eficiência para atingir a sustentabilidade do programa a que se sugere.
contribui cerca de 21 vezes mais do que o dióxido de carbono para os problemas causados à atmosfera por conta da poluição (IPCC, 2007). Além disso, o metano é caracterizado por ter grande carga energética; sendo facilmente inflamável, poderá ser transformado em energia elétrica ou energia térmica, com alto poder calorífico. Seu poder energético pode ser facilmente aproveitado na transformação da energia elétrica, energia esta que seria encaminhada à participação dos recicladores, na alimentação energética de seus equipamentos, evitando despesas com tal insumo, incentivando à cooperativa e reaproveitando o biogás.
Uma vez que as ferramentas são entregues às cooperativas de catadores e essas não possuem condições financeiras de gerenciar, o investimento e infraestrutura tornam-se, muitas vezes, inservíveis. Contudo, a possibilidade de
absorver o insumo da energia elétrica no processo de reciclagem deve favorecer a iniciativa associada, retirando tais custos da produção, podendo, inclusive, retirar externalidades advindas do valor da mercadoria negociada, permitindo uma melhor concorrência.
2. OBJETIVOS
2.1 – Objetivo Geral
Propor um modelo de gestão para aterro biotecnológico de pequeno porte utilizando o biogás produzido como ferramenta para agregar valor social, econômico e ambiental na reciclagem de plástico.
2.2 – Objetivos Específicos
Apresentar proposta para um sistema de drenagem de biogás no Aterro Sanitário Metropolitano Sul, em Maracanaú - Ceará;
Avaliar a viabilidade econômica e financeira do aproveitamento do biogás para o processamento de plástico PEAD;
Propor modelo de gestão de beneficiamento do biogás para fins de aproveitamento no processamento de recicláveis;
Efetuar análise econômica e financeira para o aproveitamento do plástico reciclável;
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 – Resíduos Sólidos
O termo resíduo sólido também é conhecido popularmente como lixo ou
rejeito e descreve materiais ou produtos que foram descartados ou eliminados por não mais interessar para os fins a que eram destinados ou por crer que já não lhes são mais úteis ou, ainda, que não sejam susceptíveis de aproveitamento ou valorização. O termo resíduo denota a possibilidade de valorização enquanto os termos lixo ou rejeito, costumam ser considerados como destinados à disposição final se não houver tecnologia para o aproveitamento ou maneira economicamente viável e tecnologia factível (BARROS, 2012).
Os resíduos são conceituados de várias formas diferentes. A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), define resíduos como sendo:
material, substância, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em sociedade, a cuja destinação final se procede, se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, nos estados sólido ou semissólido, bem como gases contidos em recipientes e líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou em corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnica ou economicamente inviáveis em face da melhor tecnologia disponível. (BRASIL, 2010 p.2)
Segundo a Política Estadual de Resíduos Sólidos, Lei Estadual do Ceará, nº. 13.103 de 24 de janeiro de 2001, resíduos sólidos é definido como:
qualquer forma de matéria ou substância, no estado sólido e semi-sólido, que resulte de atividade industrial, domiciliar, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços, de varrição e de outras atividades humanas, capazes de causar poluição ou contaminação ambiental; (CEARA, 20010 Art.2).
Para a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a Norma NBR 10.004/2004 classifica os resíduos sólidos:
esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnica e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível. (ABNT, 2004 p. 1)
Destas definições, é fácil perceber que os resíduos diferem bastante daquilo que se conhece de lixo, o que se costuma descartar no dia a dia nas casas ou nos locais de trabalho, mas trata-se de algo mais abrangente que engloba o
domiciliar, comercial, serviço de saúde, industrial, agrícola, entre outros.
Todo ser humano gera resíduos. Para efeito de quantificação, Barros (2012) aponta que um consumidor brasileiro de renda média (para um padrão econômico da primeira década do século XXI), se morrer aos 70 anos, terá gerado, sozinho, em torno de 25 toneladas de resíduos sólidos domésticos ao longo de sua vida. A esse total, acrescentam-se os resíduos urbanos, industriais, da construção
civil, entre outros.
3.1.1 - Resíduos Sólidos e a Sustentabilidade
A geração de resíduos sólidos é uma característica inerente à sociedade atual, na qual o consumismo é um valor exaltado e o ter sobressai ao ser. Nesse contexto, os resíduos sólidos são o resultado da cultura do consumismo e da obsolescência dos produtos.
Com esta cultura de consumismo, juntamente com o aumento populacional e da indústria, a gestão dos resíduos sólidos está se tornando, cada vez mais, um problema mundial (SINGH et al., 2011). Tais pretextos não são compatíveis com os princípios estabelecidos pela sustentabilidade.
Barros (2012) aponta que, em uma situação de esgotamento e comprometimento dos recursos naturais, de problemas técnicos, financeiros, sociais e econômicos do descarte de resíduos e com os impactos e contaminações decorrentes dele, justifica-se, cada vez mais, o preocupar-se com a gestão
abrangente e integrada que atualmente é dita sustentável.
O termo sustentabilidade ou desenvolvimento sustentável tornou-se
popular a partir de 1987, quando foi publicado um relatório conhecido como “Nosso Futuro Comum”, onde definiu-se o desenvolvimento sustentável como sendo aquele
possibilidade de as gerações futuras atenderem às suas próprias necessidades (GOLDEMBERG, 2012).
Segundo Goldemberg (2012), cada habitante do planeta gera, em média, 1 kg de resíduo por dia, uma fração que não é desprezível na movimentação total dos materiais. Portanto, para se chegar ao desenvolvimento sustentável, é necessário reciclar os materiais e eliminar as perdas.
Segundo o Banco Mundial (1999), os resíduos sólidos devem ser caracterizados por suas fontes, tipos de resíduo produzido, além das taxas de geração e composição. Estas características devem ser conhecidas para o melhor gerenciamento dos resíduos.
Goldemberg (2012) destaca, ainda, a situação da matéria orgânica nos resíduos brasileiros, onde a fração orgânica é maior que a de outros países, sendo esse um combustível fóssil que, devidamente tratado, pode ser queimado, gerando energia, sendo, assim, importante para o desenvolvimento sustentável.
Além disso, Besen (2012) afirma que a gestão de resíduos sólidos deve ser integrada e compartilhada, sendo, entretanto, primordial a sustentabilidade. Para que ela ocorra, é necessário incluir os catadores de recicláveis, uma vez que a gestão pode ser sustentável economicamente e ambientalmente, mas somente com os catadores organizados em cooperativas e associações poderá completar o tripé fundamental da sustentabilidade, incluindo a dimensão social.
3.1.2 – Problemas ambientais ocasionados pelos resíduos sólidos
Uma vez mal gerenciados pelo gerador, os resíduos podem ser bastante ofensivos aos meios para onde são descartados, portanto, o descarte adequado deve ser precedente de uma boa gestão.
Para Barros (2012), os resíduos sólidos atuam como uma importante variável na composição do estudo epidemiológico de uma comunidade, exercendo um papel significativo ao lado de outros fatores, sobre a incidência das doenças. Não se pode afirmar que sejam a causa destas doenças, mas é certo que possui uma ação na transmissão de doenças provocadas por macro e microrganismos que vivem ou são atraídos pelo lixo.
Os resíduos, comumente, possuem elementos químicos que podem afetar negativamente as águas superficiais e subterrâneas. A falta de tratamento ou o tratamento inadequado destes resíduos justifica tais contaminações e podem causar danos sérios à saúde de uma população e ainda problemas ambientais irreversíveis (BARROS, 2012)
Gouveia (2012) e Barros (2012) citam os impactos ambientais provocados pelo resíduos sólidos de forma que se pode resumir da seguinte forma:
a. Impactos ao Meio Ambiente: os resíduos sólidos, quando dispostos inadequadamente, podem comprometer a qualidade do solo, da água e do ar, por serem fontes de compostos orgânicos voláteis, pesticidas, solventes, metais pesados, entre outros. Além disso, a decomposição anaeróbia da matéria orgânica, presente no lixo, resulta na formação de um líquido escuro conhecido como chorume, que pode ser lixiviado e contaminar águas superficiais ou percolar e contaminar águas subterrâneas (EL-FADEL; FINDIKAKIS e LECKIE, 1997).
Outro fator importante é a obstrução dos sistemas urbanos de drenagem de águas pluviais (rios, córregos, bocas de lobo e canais), bastante comum no Brasil devido à falta de estruturas avantajadas que permitam boa fluidez da vazão de água, associada, ainda, à falta de educação das populações que dispõem inadequadamente de seus resíduos e, por fim, de uma má gestão de limpeza pública que não mantém as áreas limpas.
Pode ocorrer também a formação de gases tóxicos, asfixiantes e explosivos. A decomposição anaeróbia da matéria orgânica presente nos resíduos gera grandes quantidades de GEE (Gases de Efeito Estufa), principalmente o metano (CH4),
segundo gás em importância dentre os considerados responsáveis pelo aquecimento global.
substâncias tóxicas. As principais rotas de exposição a esses contaminantes são a dispersão do solo e do ar contaminado, a lixiviação e a percolagem do chorume. Estudos apontam que residentes próximos aos locais de disposição de resíduos apresentam grandes quantidades de compostos orgânicos e metais pesados no sangue, aumentando, assim, os casos de doenças congênitas e câncer. Há também riscos à saúde de profissionais diretamente envolvidos no gerenciamento dos resíduos, os quais, em sua maioria, não contam com medidas de prevenção e segurança operacional.
3.2 - Política Nacional dos Resíduos Sólidos
A Política Nacional dos Resíduos Sólidos (PNRS), Lei Federal 12.305 de 02 de agosto de 2010, marcou o início de uma nova era de gestão de resíduos sólidos no Brasil. Após vinte anos de tramitação, Bernardes (2013) afirma que a PNRS foi um grande progresso para a preservação do meio ambiente, no que se refere ao tratamento dos resíduos sólidos.
Sem dúvidas, a Lei da Política Nacional dos Resíduos Sólidos apresenta instrumentos louváveis como a gestão integrada, a Responsabilidade Compartilhada pelo Ciclo de Vida dos Produtos, entre entes governamentais, iniciativa privada (produtores) e consumidores; o incentivo de medidas ambientalmente sustentáveis, através da aplicação do Princípio do Protetor-Recebedor e do Poluidor-Pagador; a ratificação de uma Educação Ambiental voltada para o chamado “consumo sustentável”, dentre outros de igual relevância. (BERNARDES, 2013, p.195)
Segundo MMA – ICLEI Brasil (2012), a PNRS estabelece princípios, objetivos, instrumentos e diretrizes para a gestão integrada e gerenciamento dos resíduos sólidos, atribuindo responsabilidades aos geradores, ao poder público e também aos consumidores. Define, ainda, importantes princípios, tais como o da prevenção e precaução, poluidor pagador, da responsabilidade compartilhada pelo ciclo de vida dos produtos e o reconhecimento do resíduo como sendo um bem com valor econômico e social.
Segundo Gonçalves (2012), “A Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) é uma lei que mexe com a vida de todos nós, envolvendo desde as nossas ações cotidianas como cidadãos até o setor industrial”. Ele afirma, ainda, que a PNRS traz discussões sobre a inserção de catadores e a logística reversa com pontos relevantes, além da responsabilidade compartilhada.
Para o presente estudo, alguns pontos receberam destaque, sendo eles a coleta seletiva, o incentivo às associações de catadores de recicláveis e a criação de aterros sanitários dentro dos padrões da sustentabilidade.
3.2.1 - Coleta seletiva
O manual de elaboração dos Planos de Gestão de Resíduos Sólidos oferecido pelo Ministério do Meio Ambiente e ICLEI Brasil (2012) explica que a coleta seletiva deve ser realizada no local de geração, conforme a sua constituição e composição física, a fim de serem destinadas de maneira específica de acordo com suas características.
A coleta seletiva deverá ser implementada mediante a separação prévia dos resíduos sólidos (nos locais onde são gerados), conforme sua constituição ou composição (úmidos, secos, industriais, da saúde, da construção civil, etc.). A implantação do sistema de coleta seletiva é instrumento essencial para se atingir a meta de disposição final ambientalmente adequada dos diversos tipos de rejeitos. (MMA ; ICLEI, 2012 p. 23)
Segundo Bringhenti e Gunther (2011), a PNRS deverá aumentar as iniciativas de programas municipais de coleta seletiva, uma vez que se apropria de conceitos modernos como responsabilidade compartilhada pelo ciclo de vida dos produtos e logística reversa, os quais pressupõem o envolvimento dos gestores públicos, empresas privadas e sociedade civil.
fundamentais para se atingir os resultados esperados (BRINGHENTI; GUNTHER, 2011).
No planejamento da implantação de PCS, uma das principais dificuldades refere-se à mensuração da participação da população, fator importante e determinante do investimento a ser realizado. A participação social depende do perfil socioeconômico e cultural da população, com destaque para aspectos como grau de instrução e acesso à educação não formal.(BRINGHENTI; GUNTHER, 2011 p. 422).
Observa-se que tecnologia para tratamento de resíduos como a
reciclagem e a compostagem já são realidades e mostram-se eficientes, todavia, tais
programas esbarram nos obstáculos de implantação, principalmente, por parte da necessidade de investimentos financeiros e na seleção e triagem dessas materiais por falta de uma coleta seletiva eficiente (LIMA; SILVA, 2013).
Para Gouveia (2012), os índices de reciclagem somente serão melhorados se ocorrer o incentivo à coleta seletiva e a adequada separação dos diversos materiais no momento da geração, sendo uma tarefa da população que precisa estar informada para desempenhar esse papel.
A PNRS prioriza a participação de catadores de materiais recicláveis para a entrega dos materiais recebidos através da coleta seletiva (MMA; ICLEI, 2012). Os programas de coleta seletiva possuem aspectos desfavoráveis em relação à tecnologia e a assuntos de saúde pública, entretanto, há aspectos favoráveis, considerando os benefícios sociais, culturais, políticos e ambientais, além dos aspectos econômicos (LIMA; SILVA, 2013).
3.2.2 - Incentivo à Associação de Catadores
Os catadores de materiais recicláveis podem ser considerados os maiores responsáveis por movimentar a indústria de reciclagem no país, uma vez que possuem uma função imprescindível para a gestão de resíduos sólidos no Brasil. Esses trabalhadores atuam, em geral, de maneia informal ou organizados em cooperativas (GOUVEIA, 2012).
profissionais em associações ou cooperativas de trabalho (GONÇALVES, 2012; MMA;ICLEI, 2012; GOUVEIA, 2012; BRINGHENTI;GUNTHER, 2011).
Conforme Bortoli (2013), a organização dos catadores de recicláveis iniciou-se com a formação de associações e cooperativas de catadores na década
de 1990 e ganhou visibilidade com a formação do Movimento Nacional de Catadores de Materiais Recicláveis (MNCR), surgido em 1999. Ainda de acordo com a autora, em 1999, existiam cerca de 150 mil catadores e, atualmente, estima-se que esse
número já chegue a um milhão de pessoas vivendo de catar resíduo.
Oliveira et al (2012) entendem que a associação de catadores em cooperativas é uma forma de reação ao desemprego e à exclusão, sendo uma alternativa de trabalho, renda, autonomia e resgate da cidadania, além do reconhecimento social, que pouco é observado a sua relevância para a economia, limpeza pública e meio ambiente.
A PNRS dispõe, ainda, de incentivos às indústrias, como forma indireta de incentivo aos catadores associados em cooperativas. “A Lei prevê que a indústria que comprar resíduos de catadores organizados em cooperativas poderá ter até 50% do seu IPI presumido, ou seja, terá um desconto no IPI de até 50% [...]” (GONÇALVES, 2012).
3.2.3 - Aterros Sanitários
Para Barros (2012), “um aterro sanitário é apenas um elemento, ainda muito importante face à realidade brasileira, do bom equacionamento do processo de geração de resíduos“. Entretanto, ele afirma que não é possível preocupar-se
apenas com os aterros – sendo este o extremo do processo, é necessário observar toda a gestão dos resíduos antes do aterro.
A norma da ABNT NBR 8.419/96 que fixa as condições mínimas exigidas na apresentação de um projeto de aterro sanitário de resíduos sólidos define aterro como:
jornada de trabalho, ou a intervalos menores, se necessário. (ABNT NBR 8419, 1996 p. 1)
A resolução do CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) nº. 404, de 12 de novembro de 2011, estabelece condições, critérios e diretrizes que um aterro sanitário deve ter para o seu licenciamento. Tais critérios são descritos:
a. Vias de acesso em boas condições de tráfego, mesmo em dias chuvosos; b. Respeito às distâncias mínimas estabelecidas nas legislações e normas, bem como aquelas referentes a áreas de preservação permanente, Unidades de Conservação, ecossistemas frágeis e recursos hídricos subterrâneos e superficiais; c. Áreas com características hidrogeológicas, geográficas e geotécnicas adequadas ao uso pretendido, comprovadas por meio de estudos específicos;
d. Áreas que atendam à legislação municipal de Uso e Ocupação do Solo, desde que atendido o disposto no art. 5o e 10 da Resolução CONAMA nº 237, de 19 de dezembro de 1997, com preferência daquelas antropizadas e com potencial mínimo de incorporação à zona urbana da sede, distritos ou povoados e de baixa valorização imobiliária;
e. Uso de áreas que garantam a implantação de empreendimentos com vida útil superior a 15 anos.
f. Impossibilidade de utilização de áreas consideradas de risco, como as suscetíveis a erosões, salvo após a realização de intervenções técnicas capazes de garantir a estabilidade do terreno e áreas ambientalmente sensíveis e de vulnerabilidade ambiental, como as sujeitas a inundações.
g. Descrição da população beneficiada e caracterização qualitativa e quantitativa dos resíduos a serem dispostos no aterro;
h. Capacidade operacional proposta para o empreendimento i. Caracterização do local:
j. Métodos para a prevenção e minimização dos impactos ambientais; k. Plano de operação, acompanhamento e controle;
l. Apresentação dos estudos ambientais, incluindo projeto do aterro proposto, acompanhados de anotação de responsabilidade técnica;
n. Apresentação de projeto de encerramento, recuperação e monitoramento da área degradada pelo(s) antigo(s) lixão(ões) e proposição de uso futuro da área, com seu respectivo cronograma de execução;
o. Plano de encerramento, recuperação, monitoramento e uso futuro previsto para a área do aterro sanitário a ser licenciado;
p. Apresentação de plano de gestão integrada municipal ou regional de resíduos sólidos urbanos ou de saneamento básico, quando existente, ou compromisso de elaboração nos termos da Lei Federal no 11.445/2007
Barros (2012) cita, ainda, algumas instruções necessárias durante a operação do aterro, tais como a compactação dos resíduos, recobrimento com material inerte ao fim de cada jornada de trabalho, preservação de taludes, sistemas de segurança que impeça de pessoas entrarem no aterro sem permissão, impedindo que ocorra a catação no local, área verde florestada em todo perímetro do aterro, dificultando o acesso de pessoas e animais no local.
Contudo, entende-se que são muitos os critérios que são estabelecidos
no aterro sanitário a fim de manter a qualidade do meio ambiente, dando uma destinação adequada aos resíduos sólidos. A PNRS estabelece a proibição do uso de Lixões e Aterros Controlados, sendo apenas aceitos atualmente os aterros sanitários com todos os critérios descritos.
3.3 – Caracterização dos Resíduos Sólidos
Por não haver, na literatura, uma caracterização definida dos resíduos sólidos da cidade de Maracanaú, utilizou-se, a caracterização definida para a cidade
de Fortaleza, localizada a 22 km, aproximadamente, de Maracanaú.
De acordo com Santos e Mota (2010), os resíduos oriundos de Fortaleza, que são dispostos no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia (ASMOC) foram caracterizados a partir do quarteamento de 10 amostras, das quais foram retirados diretamente dos caminhões coletores de resíduos e sua caracterização resultou no desenvolvimento da Tabela 1.
Tabela 1 - Caracterização dos Resíduos de Fortaleza
Tipo de Material Composição Gravimétrica (%)
Amostra de 12,5Kg Amostra de 50Kg Amostra de 75Kg Amostra de 100Kg Amostra de 125Kg Amostra de 150Kg Amostra de 250Kg Amostra de 300Kg Amostra de 500Kg Amostra de 750Kg Média
Matéria Orgânica 46,0 47,6 42,7 50,0 42,4 49,0 50,0 49,7 48,2 49,8 47,5 Papel/Papelão 15,6 14,0 16,0 13,0 15,2 14,0 14,0 12,7 13,4 13,8 14,2
Plástico Filme 8,0 8,0 7,9 9,8 10,9 8,7 8,4 8,7 8,4 8,3 8,7
Plástico Rígido 6,4 8,0 7,3 6,8 8,4 8,1 6,8 6,3 6,4 5,5 7,0
Outros 7,2 8,0 8,1 6,0 6,3 6,7 5,2 5,9 5,0 5,5 6,4
Metal 3,2 3,6 3,3 2,9 3,3 3,0 3,2 3,0 3,2 3,8 3,3
Trapos 3,2 2,4 4,0 1,9 3,8 2,1 2,4 4,1 4,6 3,6 3,2
Borracha 4,0 3,2 3,5 2,1 3,8 2,7 2,4 3,0 2,8 2,2 3,0
Tetra Pak 2,8 2,2 3,1 2,5 2,4 2,7 2,4 2,3 2,4 2,8 2,6
Madeira 2,0 1,6 2,0 3,0 2,1 1,5 2,0 2,0 3,4 2,3 2,2
Vidro 1,6 1,6 2,1 2,0 1,9 1,7 3,2 2,7 2,2 2,4 2,1
Fonte: SANTOS e MOTA, 2010
Tabela 2 - Percentuais de degradabilidade dos Resíduos de Fortaleza
Degradabilidade Valores em %
Rapidamente degradável 61,7
Lentamente degradável 8,2
Total degradável 69,9
Não degradável 30,1
3.4 – Biogás
O biogás é um gás formado a partir da fermentação anaeróbia (decomposição sem oxigênio) da matéria orgânica. Sua produção é possível a partir de uma grande variedade de resíduos orgânicos como lixos domésticos, resíduos agrícolas, pecuários, além de esgoto e lodo. É formado por 60% de metano, 35% de dióxido de carbono e 5% de uma mistura de outros gases como hidrogênio, nitrogênio, gás sulfídrico, monóxido de carbono, amônia, oxigênio e aminas voláteis. (FIGUEIREDO, 2007; COELHO et al, 2006)
O biogás apenas era entendido como um subproduto obtido pela decomposição da matéria orgânica sem a presença de oxigênio, entretanto, com a crise ambiental, a ratificação do Protocolo de Kyoto, a implementação do MDL (Mercado de Desenvolvimento Limpo) e o rápido crescimento econômico dos últimos anos, juntamente com a elevação crescente dos preços dos combustíveis convencionais, os investimentos na produção de novas fontes alternativas de energia que possibilitem a preservação dos recursos naturais não renováveis vem
aumentando e desenvolvendo-se (SALOMON;LORA, 2005).
O biogás era também conhecido como gás do pântano. Em 1776, Alessandro Volta identificou o metano como o gás dos pântanos. No século XIX, UlysseGrayon realizou uma decomposição anaeróbia de uma mistura de estrume e água, a 35ºC, obtendo, então, 100 litros de gás/m³ de matéria. No ano de 1884, Louis Pasteur considerou que a fermentação podia construir uma fonte de aquecimento e iluminação, sendo comprovado, anos mais tarde, o uso de biogás como fonte energética (TEXEIRA,2010; COSTA, 2006; FIGUEIREDO,2007).
Segundo Costa (2006), a ideia de aproveitar o gás metano produzido por fermentação anaeróbia, na Índia, já era uma realidade. Segundo o autor, remonta de meados de 1859, quando, em uma colônia de leprosos, em Bombaim, realizou-se a
3.4.1 – Formação do Biogás
A geração do biogás, a partir da massa de resíduos sólidos, é um processo complexo que envolve processos físico-químicos e biológicos, ao longo do
tempo. As atividades microbiológicas são de elevada importância dentro desse processo, pois as bactérias atuam, segundo as condições externas, decompondo os resíduos.
De acordo com a US ArmyCorpsofEngineers (2008), o biogás de aterro é produzido em grande quantidade, sendo os gases mais encontrados o metano e o gás carbônico. Durante todo o processo de geração do biogás, a decomposição é aeróbia e anaeróbia, ocorrendo nas seguintes fases:
Decomposição Aeróbia: durante a fase de decomposição aeróbia, os microrganismos degradam lentamente a porção orgânica complexas dos resíduos, utilizando o oxigênio existente de modo a formar compostos orgânicos simples, CO2
e água. A decomposição aeróbica inicia-se logo após o resíduo ser colocado no aterro e continua até todo o O2 ser consumido. As bactérias aeróbicas produzem
gases, caracterizado por altas temperaturas, elevado teor de CO2 e baixo teor de
CH4. A degradação aeróbica geralmente degrada muitos dos polímeros maiores, tais
como os amidos, celulose, lignina, proteínas e gorduras em menores. Estes produtos menos complexos são mais facilmente degradados pela decomposição anaeróbia.
Decomposição Anaeróbia (1ª Fase): a decomposição anaeróbica ocorre em duas fases distintas. Quando todo o oxigênio disponível esgota-se, ocorrem mudanças nos grupos de bactérias presentes nos resíduos, passando, então, para bactérias facultativas, capazes de converter os monómeros simples em ácidos, hidrogénio e CO2 . As bactérias anaeróbicas convertem os ácidos orgânicos
voláteis, aldeídos e cetonas em ácido acético e, principalmente, hidrogénio. Estes ácidos orgânicos reduzem o pH, o que aumenta a solubilidade de alguns compostos orgânicos e inorgânicos, aumentando a concentração de sólidos dissolvidos no líquido percolado. Produção de CH4 pode ser limitada durante esta fase, uma vez que o baixo pH ( 5-6 ) é tóxico para as bactérias metanogénicas (produtoras de metano).
inorgânicos para formar gás CH4 e outros produtos. Durante esta fase de decomposição anaeróbia, as bactérias metanogênicas tornam-se mais proeminentes. Estas bactérias metanogênicas degradam os ácidos voláteis, os ácidos acéticos e, principalmente, o hidrogênio para gerar CH4 e CO2. Esta
degradação resulta em um pH mais neutro (7 a 8), uma vez que os ácidos orgânicos são consumidos. Nesse momento, ocorre também a redução da Demanda Química de Oxigênio (DQO) e da concentração de sólidos dissolvidos no chorume. Esta fase caracteriza-se por temperaturas mais baixas, elevadas concentrações de CO2 (40%
a 48%) e aumento significativo nas concentrações de CH4 (45% a 57%). A
decomposição anaeróbica continuará até que todos os ácidos orgânicos voláteis sejam consumidos ou até que ocorra a inserção de oxigênio no sistema.
A Figura 1 mostra o desenvolvimento dos compostos gasosos de acordo com o tempo médio de exposição dos resíduos no aterro sanitário.
Figura 1- Composição dos gases no aterro.
Fonte: US ARMY CORPS OF ENGINEERS, 2008
3.4.2 – Impactos Ambientais do Biogás
Os principais gases produzidos a partir da decomposição anaeróbia da matéria orgânica são o CO2, CH4 e H2S, que podem se infiltrar no subsolo, atingir as
O hidrogênio é um gás não venenoso, inodoro e incolor, mas altamente inflamável. É produzido por bactérias acetogênicas e fermentativas e consumido pelas metanogênicas. Como as bactérias metanogênicas são mais lentas, ocorre um acúmulo de hidrogênio, principalmente em aterro jovens, chegando a concentrações maiores que o limite de explosividade de 4% (FISCHER et al., 1999 apud
FERNANDES, 2009).
Segundo Silva e Campos (2008), os GEEs (gases de efeito estufa) são gases capazes de reter o calor do sol, sem os quais a radiação solar seria dissipada no espaço. Este fenômeno é chamado, comumente, de “efeito estufa”. O efeito estufa é um fenômeno que ocorre de forma natural na atmosfera. Os GEE são essenciais, portanto, para manter a temperatura necessária para a existência de vida no planeta. Contudo, as atividades humanas e naturais que causam as alterações ambientais vêm, ao longo dos anos, provocando mudanças climáticas em ritmos cada vez mais acelerados. A liberação de gases que causam o efeito estufa aumenta a cada ano, uma vez que é produzida pela queima de combustíveis fósseis e de florestas, pelo mau uso das técnicas agrícolas e por gases emitidos pelo processo industrial.
Segundo Faria (2007), o metano, um dos principais gases que compõem o Biogás, contribui muito para o agravamento do efeito estufa, o qual é cerca de 21 vezes mais prejudicial do que o CO2.
Contudo, pode-se estabelecer que, a cada uma unidade de biogás
produzida através da decomposição anaeróbia estabelecida, metade causará os danos referentes ao dióxido de carbono e a outra metade representará o dano provocado pela primeira metade multiplicado por 21. Entretanto, esse potencial poluidor pode ser reduzido se for adicionado um flare ou um queimador, que, através da queima do biogás, transformará o metano em dióxido de carbono, reduzindo o seu potencial poluidor.
Além desses, de acordo com Faria (2008), o metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, mas os outros gases presentes conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de ovo podre. Esta característica
3.4.3 – Aproveitamento de Biogás em Aterro
O biogás tem potencial explosivo, principalmente, devido à presença do metano, que possui um caráter explosivo e um poder calorífico em torno de 5.000 a 7.000 kcal/m³ (TEIXEIRA, 2010). Essa característica agrega ao gás um interessante poder de aproveitamento energético, quer seja para o uso como fonte de calor, quer seja para a geração de energia elétrica.
Garcilasso, Velázquez e Coelho (2010) explicam que, em função das ligações químicas entre os átomos de hidrogênio e carbono, o metano possui um elevado potencial energético (energia química) que, quando reage com oxigênio, libera grande quantidade de calor (energia térmica). É um gás de fácil combustão e, por isso, nos locais onde ele é gerado, existe sempre o risco de ocorrer explosões.
O biogás pode ser aproveitado de diferentes formas e independe de onde ele é produzido, ou seja, é possível aproveitar o biogás produzido em qualquer fonte de decomposição que forneça condições de lançamento de biogás no meio, quer seja em lagoas de estabilização, aterro sanitários ou biodigestores.
Para o aproveitamento em aterros sanitários, a EPE (2008) define que, para o cálculo do potencial de geração de energia elétrica, a partir do aproveitamento do biogás gerado no aterro sanitário, foram assumidas, em adição, as seguintes premissas específicas:
a) recuperação do biogás para a utilização energética: 50% do volume total produzido e
b) rendimento da transformação da energia térmica em energia elétrica: 35%.
EPE (2008) explica que assumindo, por hipótese, que a geração de energia elétrica com o gás de lixo justifica-se tecnicamente a partir de um fator de
capacidade médio anual de, pelo menos, 20%, calcula- se que a vida útil do projeto
de geração seria de 18 anos. Durante esse período, a produção de biogás (ou de metano) obedeceria à curva indicada na Figura 2, em que se observa também o fator de capacidade de geração de energia elétrica média em cada ano.
Figura 2 - Produção estimada de biogás em aterro.
Fonte: EPE, 2008
Independentemente da utilização energética escolhida para o biogás, recomenda-se a instalação de um flare (queimadores que transformam o metano em
dióxido de carbono) enclausurado especialmente para projetos destinados à obtenção de créditos de carbono. Isto porque, em caso de falha no sistema de geração de energia ou outro tipo de aproveitamento, evita-se a emissão de metano
para a atmosfera e a consequente perda de créditos de carbono. (ICLEI, 2009).
3.5 - Captação e Drenagem de Biogás em Aterro
entretanto, esse sistema pode reduzir a quantidade de água que entra no aterro através da chuva, reduzindo, assim, a produtividade de biogás (FIGUEIREDO, 2007).
O sistema de captação e drenagem de biogás em aterro sanitário requer, além de um conjunto de poços de captação, com layout adequado para cada caso, peças, acessórios e materiais que possuem funções específicas no sistema. A US ArmyEngineersCorp (2008) explica a importância de cada um dos materiais, conforme é mostrado nos itens a seguir.
3.5.1 – Tubulação de Cabeçalho
Esse tipo de tubulação pertence à parte superior do poço, utilizado quando ocorre um sistema ativo de captação de biogás. Em um aterro, há várias ramificações e poços e cada um precisa de tubulações e válvulas individuais para controlar vazões e os ramos individualmente.
A tubulação deve seguir sempre de uma cota mais alta para a conta mais baixa, de forma a facilitar o escoamento do condensado. Naturalmente, o queimador (flare) deve estar a uma cota ainda mais baixa.
A tubulação pode ser colocada sobre a superfície do aterro ou pode estar enterrada. Aconselha-se, entretanto, que o tubo coletor deve ser enterrado para
minimizar o risco de danos a partir de equipamento de manutenção e vandalismo, além de reduzir o potencial de bloqueio devido à condensação de congelamento nos tubos e os danos causados pelo ressecamento provocado pelos intemperes. Tubos enterrados estão normalmente localizados acima da geomembrana no sistema de cobertura.
3.5.2 – Válvulas
As válvulas são utilizadas no sistema de coleta de gás em aterro sanitário para controlar as taxas de vazão, bem como ligar e desligar um determinado trecho de coleta. As válvulas podem ser manuais ou automatizadas, estando estas atuando de forma elétrica ou pneumática.
O sistema de coleta de biogás em aterro deve avaliar de forma adequada a quantidade e os tipos de válvulas que serão necessárias para atender a todas as necessidades de operação e gerenciamento do projeto.
3.5.3 – Condensador
O condensador é um importante elemento no projeto do sistema de coleta de biogás. Ele é necessário, uma vez que o gás extraído tem uma elevada umidade relativa e, ao viajar pela tubulação até o soprador, a temperatura vai reduzindo, gerando o condensado. Uma estimativa da quantidade de condensado gerado pode ser determinada utilizando cartas psicrométricas para o ar.
A quantidade de água de condensação gerada num sistema de coleta de biogás é uma função da quantidade de biogás que está a ser extraída, a vácuo (ativa) ou à pressão exercida sobre o biogás (passivo) e à magnitude da mudança de temperatura. Para evitar que esta água bloqueie as linhas de coleta, devem-se
evitar pontos baixos ao longo do sistema ou criar tanques de coleta de condensado em pontos estratégicos.
Um tanque de condensado também é normalmente localizado no interior da estação do flarepara ajudar a prevenir que o líquido danifique o ventilador ou outro equipamento situado na estação de queima. Os tanques são bombeados periodicamente, podendo ser automatizados, bombeando o líquido para tratamento.
3.5.4 – Layout do Sistema de Poços de Captação
Figura 3 - Opções de Layout para poços de captação
Os sistemas de ramos são mais comuns em pequenos aterros que possuem um número limitado de poços. Consistem em poços individuais ligados por um coletor principal. Os sistemas de loop têm a vantagem de permitir que o gás seja aspirado a partir de um poço individual de mais de uma direção, evitando obstruções.
O layout projetado deve atender aos objetivos a seguir:
Criar vácuo suficiente para extrair todo o gás do aterro em cada poço e ser capaz de transportar o gás para o local de beneficiamento;
Mover o gás através da tubulação até o soprador e flare;
Ser o melhor custo benefício, reduzindo ao máximo as perdas de cargas.
As perdas de carga do sistema são resultantes das perdas por atrito e das perdas dinâmicas. As perdas por atrito ocorrem com o deslocamento do gás pela tubulação e as perdas dinâmicas são resultantes das distâncias, dos acessórios e peças que o gás é obrigado a passar pelo caminho percorrido.
Ramos Loop Matriz
4 – METODOLOGIA
O presente trabalho foi dividido em duas etapas distintas – a primeira etapa trata do dimensionamento do sistema de captação e drenagem de biogás e a segunda etapa, da análise econômica e financeira da utilização do biogás como fonte de energia para a reciclagem de plástico.
O projeto foi desenvolvido para a área do Aterro Sanitário Metropolitano Sul (ASMS). O ASMS está localizado no município de Maracanaú, Estado do Ceará, às margens da estrada que liga os municípios de Maracanaú e Maranguape, cerca de 20 km da capital Fortaleza, Figura 4. Teve suas atividades iniciadas em 1997, recebendo resíduos sólidos do município de Maracanaú e Maranguape e de empresas particulares (PMM, 2008). No aterro, são dispostos resíduos classe II (segundo a classificação da ABNT 10.004/2004), de origem doméstica, ou ainda de origem industrial, não perigoso, tendo este prévia necessidade de autorização dos órgãos municipais competentes.
Figura 4 - Vista de satélite do ASMS
Fonte: Google Earth
acima do nível do terreno. Portanto, este estudo restringiu-se a esta área para
estimar o volume de biogás gerado.
4.1– Etapa 1 - Dimensionamento do Sistema de Captação de Biogás
3.1.1 Previsão de volume de biogás gerado
O dimensionamento iniciou-se com a modelagem da produção de biogás
usando o programa LMOP Central AmericaBiogasModel, versão 2, de julho de 2007, desenvolvido pela SCS Engineers. Uma versão atualizada, a 3.02, está disponível no sítio eletrônico do USEPA,que incorpora pequenas modificações.
Para o cálculo da taxa de produção de biogás, durante um determinado período, utilizou-se a equação de reação de primeira ordem (USEPA, 2005), a qual
leva em consideração as características dos resíduos depositados no aterro (1).
n i kt j i CH i j e M kL G 1 1 1 , 0 0 10 4 (1) Onde:GCH4 = Geração anual de metano (m³.ano-1)
i = 1- tempo, em ano.
n = Ano de cálculo - (iniciado a partir do recebimento de resíduos) j = 0.1
k = Taxa de geração de metano (ano-1)
Lo = Capacidade potencial de geração de metano (m³.t-1) Mi = massa de resíduos recebida no iº ano (t)
tij = ano da jº sessão de resíduos de massa Mi, aceito no iº ano (frações
de ano)
Os valores da constante k referem-se à taxa de metano, que é gerada no
aterro sanitário. Quanto maior o valor de k, maior a taxa de geração de metano, que decai ao longo do tempo. O valor da constante k está diretamente relacionado a quatro fatores (USEPA, 2005):
Teor de umidade da massa de resíduos;
pH e;
Temperatura da massa de resíduos.
Para este dimensionamento, utilizou-se o valor de k correspondente a
0,05, sendo este sugerido para aterros em áreas que recebem mais de 630 mm/ano de precipitação. A precipitação média de Maracanaú é de 1.400 mm (IPECE, 2012).
O valor de L0 está relacionado com a composição dos resíduos que são
depositados no aterro. Quanto mais matéria orgânica contém o resíduo, maior é o valor do L0. O valor convencional usado em aterros corresponde a 170 m³.kg-1.
A composição gravimétrica usada foi baseada no trabalho de Santos e Mota (2010) que detalha a caracterização dos resíduos da cidade de Fortaleza, localizada a 22 km de Maracanaú.
3.1.2 Dimensionamento do sistema de drenagem
O sistema de coleta e drenagem do biogás foi dimensionado baseado no estudo da U.S ARMY CORPS OF ENGINEERS (2008), disponível em seu sítio eletrônico, sendo este um trabalho de referência no estudo de drenagem ativa de biogás. A partir dele, foram traçados os valores de vazão, perda de carga, potência do soprador e dimensões do condensador, conforme demonstrado a seguir.
As informações foram compiladas e desenvolvidas em uma planilha do
Microsoft Excel 2010, de forma a facilitar e organizar os cálculos de dimensionamento.
A princípio, todo o setor S1 foi considerado com produtor de biogás, totalizando 20 poços de captação (Figura 5). Cada poço foi dimensionado com uma tubulação de 30 centímetros de diâmetro, atribuindo para cada um destes, um raio de influência de 25 metros. O raio de influência determina o raio que o poço deve ser capaz de captar todo o biogás existente, evitando ao máximo a extração de ar atmosférico.
Tendo como base o tamanho da célula de disposição de resíduos no aterro, considerou-se uma espessura total da camada de lixo em 20 metros. A Figura
5 mostra a distribuição dos poços no setor S1.
Fonte: O autor (2014).
A Figura 6 apresenta o esquema de um poço de captação de biogás para aterro sanitário. Na parte sub superficial, ao redor do tubo de captação, é necessária uma camada de 150 mm de brita nº 3 e em torno deste uma manta geotêxtil de forma a prevenir o entupimento das aberturas do tubo de PVC de 150 mm para a passagem do biogás.
Figura 6 - - Esquema do poço de captação de biogás.
Fonte: DIEGO (2013), adaptado de US Army Corps Engenieer (2008)
A vazão de biogás captada em cada poço foi estabelecida levando-se em
consideração seu raio de influência, a altura da camada e taxa de produção de biogás por volume de lixo, conforme Equação 2.
(2)
Onde:
Q=Vazão (m³)
R= Raio de influência do poço (m) r= raio da perfuração (m),
t= Espessura da camada de resíduo (m) D= Densidade de Resíduos (720,8 kg.m-3) G= Taxa de produção de biogás (m³.kg)
As curvas do sistema foram determinadas pelo cálculo das perdas de carga ao longo do encaminhamento da tubulação, a qual tinha o formato de espinha de peixe. A perda de carga total foi composta pela soma da perda de carga abaixo
G D t r R
da superfície (dentro dos resíduos), das perdas distribuídas na tubulação e das perdas localizadas nas peças e acessórios. Considerou-se, para fins de cálculo, que
as válvulas eram mantidas completamente abertas.
O dimensionamento da perda de carga abaixo da superfície é necessário para se estabelecer a potência do soprador capaz de manter o raio de influência dopoço, inicialmente estabelecido (Equação 3). Empregaram-se unidades padrões
usadas nos Estados Unidos para efeito de facilitação dos cálculos:
(3)
Onde:
ΔP=Perda de carga no raio de influência (lb.ft-²)
µ=Viscosidade Absoluta do biogás (2,581x10-7lb.s.ft-²) G= Taxa de produção de Biogás (ft³.lb-1)
D= Densidade de resíduos (45lb/ft³ = 720,8kg.m-³) R= Raio de influência do poço (ft)
r= raio de perfuração (ft)
Ks= Permeabilidade aparente do resíduo (2,29x10-8 in²)
Optou-se por um coletor secundário de 2 polegadas (75 mm) que sairia
do poço até o coletor principal, de 6 polegadas (150 mm), o qual receberia os gases de todos os poços até o soprador. A perda de carga na tubulação é facilmente encontrada quando se utiliza utilizamos a equação Darcy-Weisbach (Equação 4).
(4)
Onde:
hf =Perda de carga (m)
f= Coeficiente de atrito ou fator de atrito (adimensional) L= Comprimento do segmento (m)
d= Diâmetro interno do tubo (m) v= velocidade do biogás (m/s)
g= aceleração da gravidade (9,81m.s-²) s
t o t
8 6 4 0 0
Q
D
Pc
Vc
gásO coeficiente de atrito, ou fator de ficção, pode ser determinado por uma equação matemática, que é função do “Número de Reynolds” (Re) e da Rugosidade relativa, que depende do material utilizado na tubulação. Em muitos casos, é possível encontrar o fator de fricção a partir do número de Reynolds e do material, utilizando o Ábaco de Moody.
Para os cálculos da perda de carga de peças e acessórios, foi utilizado o método baseado na equivalência de cada peça com trechos retos de tubulação de mesmo diâmetro, utilizando-se valores tabelados. Por exemplo, a perda de carga de
um Tê de 6 polegadas é equivalente a de cerca de 10 metros de tubo linear de mesmo diâmetro (SILVA, 2003).
Para o dimensionamento do condensador, considerou-se que a
temperatura do gás na massa de resíduos seja, aproximadamente, 43 ºC ou 315 K (US ACE, 2008), reduzindo-a durante o deslocamento até, aproximadamente, a
temperatura ambiente, 32 ºC ou 305 K, ao final da trajetória. Utilizando-se as cartas
psicométricas (Fonte), obteve-se que, nestas temperaturas, o biogás deve conter
0,059kg água/kg gás no início do processo e 0,031kg água/kg ao final do processo. A partir da diferença dos dois valores, obtém-se a geração potencial de condensado
de 0,028kg agua/kg gás drenado. Para encontrar-se a massa de condensado por
unidade de volume de biogás, utiliza-se a Equação 5.
Conhecendo a densidade do gás através da equação 5, obtém-se:
(5)
Onde:
Dgás= Densidade do Gás (kg.l-1)
P = Pressão (atm)
M= Peso molar do gás (considerando 50% CH4 e 50% de CO2)
RU = Constante Universal dos Gases (0,0821 L.atm/mol.K)
T= Temperatura absoluta do gás (K)
Com a densidade, vazão e o potencial de geração de condensado do biogás por unidade de massa, pode-se encontrar o volume de condensado
produzido por dia:
(6) Onde: T R M P D U g á s
Vc = Volume do Condensador (L/dia) Q = Vazão de biogás (L/s)
Dgás = Densidade do gás (kg/L)
Pc = Potencial condensado (kg agua/kg gás)
Para o dimensionamento do soprador, foram utilizados três critérios: a vazão, perda de carga no lado de sucção e a perda de carga no lado de recalque do soprador. Com base nestes critérios, os catálogos do fabricante são usados para selecionar um soprador que possa atender às necessidades, sendo importante selecionar um equipamento com vazão imediatamente superior ao projetado para evitar-sesubdimensionamento.
Para o dimensionamento do soprador, deve-se observar que a produção
de biogás diminui com a idade dos resíduos e, portanto, é possível que o equipamento não seja utilizado em sua potência nominal durante todo o período de operação, sendo interessante considerar o investimento em um equipamento com frequência variável de acionamento do motor para conservação de energia e maior flexibilidade operacional.
O dimensionamento do grupo gerador foi realizado usando a Equação 7 (ICLEI, 2009; PECORA et al, 2008).
f Pc Q
PE
(7)
Onde:
PE= Potencial Elétrico (MW.h-1);
Pc= Poder calorífico do metano (8500 kcal.m-³CH4)
Qgás = Fluxo de Biogás (m³CH4.h-1);
= Eficiência do equipamento adotado (30%);
f =s Fator de conversão de kcal para MW (admitido valor de 860.000).
Em resumo, o sistema de drenagem de biogás proposto é composto por coletores secundários que captam biogás dos 20 poços, que, por sua vez, estão conectados a coletores principais, passando por um tanque de condensado, um soprador que proporciona a força motriz para movimento do biogás, uma válvula antichama que evita que as chamas do queimador propaguem-se para as unidades
coleta
a montante e, finalmente, até um queimador ou flare e/ou para um sistema gerador de energia elétrica (Figura 7).
Figura 7: Fluxograma do processo de captação
Fonte: Autor (2014).
4.2 – Etapa 2 - Análise da Viabilidade Econômica do Projeto
Com base nos estudos do potencial de geração de biogás e de geração de energia elétrica, nos projetos do sistema de coleta e drenagem e no projeto da planta de processamento de plástico, foi analisada a viabilidade econômica e financeira do beneficiamento de um tipo de plástico reciclável, o Polietileno de Alta Densidade (PEAD).
O PEAD é utilizado na confecção de engradados para bebidas, garrafas de álcool e de produtos químicos, baldes, tambores, tubulações para líquidos e gás, tanques de combustível, embalagens de leites, de sucos, de óleos lubrificantes, de agrotóxicos, etc. Trata-se de um dos tipos mais importantes para a reciclagem, por
sua propriedade rígida e sua disponibilidade junto aos RSD (CANDIAN, 2007).
Para a estimativa da quantidade de pessoal e materiais necessários para o beneficiamento do plástico, foram consultadas a Cooperativa de Produção do Conjunto Vida Nova de Maracanaú – COOMVIDA e o Comitê Metano Verde de Maracanaú. Os materiais foram divididos em Máquinas e equipamentos e Equipamentos de proteção individual (EPI). Foram levantados também os custos
Poço de Captação Coletor Secundário
Coletor Principal
Tanque de Condensado Poço de Captação Coletor Secundário
Soprador Flare
fixos com pessoal para cada ambiente de execução, energia elétrica, água e telefone.
Para cada material, foi avaliada a vida útil e o valor mensal de depreciação a partir do método da Linha Reta (IBAPE, 2007), que consiste na relação apresentada pela equação:
(8)
Onde:
D = Valor de depreciação na data da avaliação; Vd = Valor do bem depreciável;
n = Vida útil do equipamento e
x = Representa a idade do equipamento; considerando que os equipamentos serão adquiridos novos, esse valor de x é 1.
Para máquinas e equipamentos, foi estimado um valor mensal para fins de manutenção, sendo atribuídos valores entre 1,5% a 10% do valor total investido, dependendo das características e usos do equipamento. Além desse, adotou-se
ainda um acréscimo de 12% sobre o valor investido relativo ao custo capital.
Foram desenvolvidos dois ambientes distintos para cada um dos cenários. Um deles considera a operação deste sistema por uma empresa privada de reciclagem do plástico; outro, por uma cooperativa de catadores. O beneficiamento do plástico nos empreendimentos basearia-se em: segregação para
identificação do material utilizável, trituração, lavagem e aglutinação do material plástico.
No ambiente de uma empresa, além dos custos observados de instalação, a operação torna-se diferenciada pelos custos fixos agregados ao regime
de tributação trabalhista apontado pela CLT. Nesse contexto, de acordo com a Liber Consultoria (2009), os custos dos seus funcionários, incluindo os encargos sociais, somam 122,24% do valor do salário do referido funcionário, incluindo o INSS, SESI/SENAI, férias, repouso semanal, aviso prévio, 13º salário, custos rescisórios, entre outros.
Todavia, no ambiente Cooperativa, a relação entre seus associados independe do regime trabalhista imposto pela CLT, de forma que, aos cooperados,
n Vd x
apenas é necessário contribuição de 15% do valor pago (MTE, 2001). O Ministério do Trabalho, em seu Manual das Cooperativas (2001, p33), afirma: “os cooperados, por sua vez, como pessoas físicas, são considerados autônomos perante a previdência social (ROCSS, Decreto nº 2.173/97, art. 10, IV, “c”, 4) e assim recolhem suas contribuições sobre o salário-base, por meio de carnê.”
Foram sugeridos, ainda, três cenários distintos para o beneficiamento do PEAD, sendo possível definir o ponto de equilíbrio econômico-financeiro em função
da forma de aquisição da matéria prima.
Para o primeiro cenário (Cenário 1), todo o material a ser beneficiado seria adquirido através da compra a agentes externos (outras cooperativas ou empresas), sendo necessário o investimento na aquisição da matéria prima, além dos custos de instalação e operação. Utilizou-se a Equação 9 para estimar a
quantidade de matéria prima a partir da qual obtém-se o ponto de equilíbrio.
(9)
Onde:
L= Volume de matéria prima para ponto de equilíbrio (kg); Dm = Despesas mensais (R$);
Vc = Valor de compra do plástico – adotado R$ 0,75/kg (CEMPRE, 2013); P = Quantidade de plástico utilizado (Kg);
Vv = Valor de plástico para a venda - adotado R$ 1,25/kg (CEMPRE, 2013).
No segundo cenário (Cenário 2), metade do material a ser beneficiado seria obtido de forma gratuita, através de doação ou coleta seletiva da própria cooperativa e o restante seria adquirido através da compra. Portanto, a seguinte equação foi utilizada para estimar a quantidade de material necessário para atingir o ponto de equilíbrio:
(10)
Onde:
L=Volume de matéria prima para ponto de equilíbrio (kg); Dm = Despesas mensais;
) ( )
(Dm Vc P Vv P
L
) (
) 2
(Dm Vc P Vv P
Vc = Valor de compra do plástico – adotado R$ 0,75 centavos (CEMPRE, 2013);
P = Quantidade de plástico utilizado;
Vv = Valor de plástico para a venda - adotado R$ 1,25 (CEMPRE,2013).
No terceiro cenário (Cenário 3), todo o material a ser beneficiado seria adquirido de forma gratuita, através da doação, ou seja, todo o material trabalhado estaria livre de custos de aquisição. Chegou-se, portanto, à seguinte equação:
(11)
Onde:
L= Volume de matéria prima para ponto de equilíbrio (kg); Dm = Despesas mensais;
P = Quantidade de plástico utilizado;
Vv = Valor de plástico para a venda – utilizado o valor de R$ 1,25 (CEMPRE, 2013).
A avaliação das diferentes configurações de aquisição do PEAD fez-se
necessária em função da incerteza da obtenção deste material a partir dos resíduos sólidos recebidos no aterro, ou seja, não se tem uma confiança de que todo o plástico necessário pode ser separado dos resíduos coletados em Maracanaú.
) ( )
(Dm Vv P
