Estudo do comportamento dos resíduos sólidos urbanos (RSU) em lisímetros preenchidos com resíduos de diferentes características

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - UFC

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

ANNA KELLY MOREIRA DA SILVA

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS

URBANOS (RSU) EM LISÍMETROS PREENCHIDOS COM RESÍDUOS

DE DIFERENTES CARACTERÍSTICAS

FORTALEZA, CE

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ESTUDO DO COMPORTAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU)

EM LISÍMETROS PREENCHIDOS COM RESÍDUOS DE DIFERENTES

CARACTERÍSTICAS

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal do Ceará, como requisito para obtenção do título de Doutor em Engenharia Civil.

Área de concentração: Saneamento Ambiental.

Orientador: Prof. Dr. Francisco Suetônio Bastos Mota

FORTALEZA, CE

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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará

Biblioteca de Pós-Graduação em Engenharia - BPGE

___________________________________________________________________________ S578e Silva, Anna Kelly Moreira da.

Estudo do comportamento dos resíduos sólidos urbanos (RSU) em lisímetros preenchidos com resíduos de diferentes características / Anna Kelly Moreira da Silva. – 2013.

203. fls: il. color., enc. ; 30 cm.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Fortaleza, 2013.

Área de Concentração: Saneamento Ambiental

Orientação: Prof. Dr. Francisco Suetônio Bastos Mota

1. Saneamento Ambiental. 2. Resíduos Sólidos. 3. Biogás. I. Título

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ESTUDO DO COMPORTAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS

URBANOS (RSU) EM LISÍMETROS PREENCHIDOS COM RESÍDUOS

DE DIFERENTES CARACTERÍSTICAS

Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal do Ceará, como requisito para obtenção do título de Doutor em Engenharia Civil. Área de concentração: Saneamento Ambiental.

Aprovada em: _____/_____/_______.

BANCA EXAMINADORA:

___________________________________________________ Prof. Dr. Francisco Suetônio Bastos Mota (Orientador)

Universidade Federal do Ceará (UFC)

____________________________________________________ Profª. Drª. Marisete Dantas de Aquino (Examinadora Interna)

____________________________________________________ Prof. Dr. Ronaldo Stefanutti (Examinador Interno)

_______________________________________________________ Prof. Dr. Maurício Alves da Motta Sobrinho (Examinador Externo)

Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)

________________________________________________________ Profª. Drª. Nájila Rejane Alencar Julião Cabral (Examinadora Interna)

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AGRADECIMENTOS

A Deus, pelas oportunidades de conquistas em todos os momentos da minha vida;

A minha mãe Ozenira Pereira, a razão do meu viver, pelo apoio que me deu em todos os momentos da minha vida;

A minha Mestre preferida Izabel Maria, pelo companheirismo, amizade, ajuda e incentivo durante o curso, ajudando na execução da pesquisa;

Aos meus amigos, em especial Márcia Rodrigues, pela amizade, ajuda e incentivo durante o curso;

Aos meus colegas de turma, que direita ou indireta ajudaram na realização deste trabalho;

Ao professor Dr. Suetônio Mota, pela sua disponibilidade em me orientar, pela clareza nas respostas, e pela autonomia dada no desenvolvimento deste trabalho;

Ao professor Dr. Ronaldo Stefanutti, também pela sua disponibilidade e ajuda dada no desenvolvimento deste trabalho;

A professora Dra. Marisete Aquino, pela sua disponibilidade e colaboração no melhoramento do desenvolvimento da pesquisa;

E a todos os professores da Universidade Federal do Ceará, que direta ou indiretamente ajudaram para a conclusão do meu Doutorado.

Ao Engenheiro Gleydson Amorim, Diretor do ASMOC onde se realizou a pesquisa, por permitir a realização do trabalho;

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Aos meus alunos de Instituto Federal de Educação do Ceará pela ajuda na realização da pesquisa, colaborando com as análises físico-químicas e microbiológicas do lixiviado;

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RESUMO

O biogás gerado nos aterros sanitários apresenta elevado poder calorífico, podendo ser aproveitado energeticamente. Para isso, fazem-se necessários estudos sobre as emissões desses gases para verificar a viabilidade econômica de seu reaproveitamento. Assim, esta pesquisa teve como objetivo avaliar a geração dos gases gerados no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia-CE, em termos de composição e vazão, bem como as características do lixiviado gerado, por meio de suas propriedades físico-químicas e microbiológicas, como também avaliar a massa de lixo presente no aterro, objetivando a viabilidade energética do aproveitamento do biogás produzido pelo aterro e a viabilidade ambiental do tratamento do lixiviado. As análises foram feitas nos períodos seco e chuvoso. Foram utilizados três Lisímetros: L1 – preenchido 100 % com os resíduos sólidos na forma como chegam ao aterro; L2 – preenchido com 50% de resíduos sólidos na forma que chegam ao aterro e 50% somente com matéria orgânica; L3 – preenchido 100% somente com matéria orgânica presente nos resíduos. Os resíduos foram dispostos desta forma a fim de avaliar as características de diferentes composições. Como resultados, foi observado que os ensaios realizados nos Lisímetros forneceram dados consistentes. Neste estudo, foi possível observar que os resíduos se apresentaram com características altamente degradáveis no período seco, porém, com pouca geração de biogás, apresentando o L1 concentração média de 0,3 % de CH4, o CO2 com 0,7 % e O2 com 19,4%. O L2 com concentração média de 0,3 % de CH4, o

CO2 com 9,0 % e O2 com 16,0%. E o L3 apresentou concentração média de 1,93 % de CH4,

10,97% de CO2 e O2 com 14,13%. Estes dados foram considerados normais, pois, no período

seco, as medições foram realizadas com pouco tempo de decomposição da massa de lixo, com apenas 4 meses após a instalação do experimento, e, devido a isso, ocorre pouca geração de gás. No período chuvoso, determinou-se aumento dessa geração de gás, com o L1 apresentando concentração média de 0,78 % de CH4, o CO2 com 1,63 % e O2 com 18,6%. O

L2 com concentração média de 1,16 % de CH4, o CO2 com 5,6 % e O2 com 15,8%. E o L3

apresentou concentração média de 2,43 % de CH4, 12,98% de CO2 e O2 com 15,25%. Isto é

considerado normal, pois, no período chuvoso, as medições foram realizadas com 12 meses após a instalação do experimento, e, consequentemente, houve uma maior geração de gás em relação ao período seco. Em relação a vazão, o L1 apresentou uma vazão de gás de 8,64 m³/ano, o L2 com vazão de 9,72 m³/ano e o L3 com vazão de 10,92m³/ano, possibilitando conversão de energia em média, de 1,9 KW/m³. O material que se apresentou com o maior potencial de geração de biogás nos dois períodos foi o L3 (100% somente de matéria orgânica). Este fato se deve ao fato da matéria orgânica, em seu processo de degradação, gerar mais gás. Os ensaios físico-químicos e microbiológicos realizados no lixiviado e massa de lixo, nos dois períodos, confirmaram os resultados da medição do gás, pois indicaram que o processo de biodegradação dos resíduos se encontrava na fase acidogênica no período seco, fase inicial de degradação da massa de lixo e pouca geração de gás; no período chuvoso, caracterizou-se como fase metanogênica, fase intermediária de degradação, com uma maior geração de gás. Em relação ao lixiviado gerado, o lisímetro que apresentou uma elevada geração nos dois períodos foi também o L3. Em relação às análise microbiológicas e de metais, os lisímetros apresentaram pequenos valores, não indicando patogenicidade e nem toxicidade. Pode-se concluir que é de fundamental importância investir em técnicas de aproveitamento do biogás gerado nos aterros sanitários.

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ABSTRACT

The biogas generated in landfills has a high calorific value and can be used as source of energy. Therefore, studies on landfill gas emissions became necessaries in order to verify the economic feasibility of reuse of these gases for energetic proposals. Thus, the present study aimed to evaluate the emissions of gases generated by a landfill at the Metropolitan West Caucaia-EC, Brazil. The study involved the following: gas compositions and flow rates, the characteristics of the leachate released by the physico-chemical and microbiological activities, as well as evaluating the landfill mass of trash. It was studied the feasibility of the use of the landfill produced biogas as source of energy, as well as the environmental feasibility of the treatment of the leachate released. The analyzes were made during the dry and rainy seasons. Three types of lysimeters were used: L1 - 100% filled with waste solids as it arrives in the landfill site; L2 - filled with 50% of solid waste in the form as it arrives in the landfill and 50% as organic matter; L3 - 100% filled only with organic matter present in the waste. The residues were disposed in this way in order to evaluate the characteristics of the different organic compositions. As a result, it was observed that the tests carried out with the lysimeters provided consistent data. In this study, it was observed that the waste in the dry season presented a highly degradable characteristic, but with little production of biogas, with the L1 presenting the following average concentrations: 0.3% CH4, 0.7% CO2 and 19.4% O2 . The L2 average concentration were: of 0.3% CH4, 9,0 CO2 and 16% O2. And L3 showed average concentrations: 1.93% CH4, 10.97% CO2 and 14.13%O2. These data were considered normal, because in the dry period measurements were made with in a small period of decomposition of the waste mass, with only four months after the experiment. Due to this, there was small amount of gas generated. In the rainy season, it was determined an increased gas generation, with the L1 showing an average concentration of 0.78% CH4, 1.63% CO2 and 18.6% O2. The L2 average concentration of 1.16% CH4, CO2, 5.6% and 15.8% O2. And L3 showed average concentration of 2.43% CH4, 12,98% CO2 and 15.25% O2. This data were considered normal, because in the rainy season, the measurements were carried out 12 months after the experiment was concluded, and, therefore, there was a higher gas generation compared with the dry period. Regarding the L1, the flow showed a value of 8.64 m³ / year; the L2 the flow was of 9.72 m³ / year and L3 the flow was 10.92 m³ / year, enabling energy conversion averaged of 1.9 KW / m³. The material that presented the greatest potential for biogas generation, in the two periods, was the L3 (with 100% organic matter). This fact is due to the organic matter in the process of degradation which generated more gas. The physico-chemical and microbiological leaching assays conducted with the waste mass during the two periods reaffirmed the results of the gas measurement, indicating that the biodegradation process waste was in the acidogenic phase during the dry period, which was the initial stage of mass garbage degradation with little gas generation; in the rainy season, which was characterized as a methanogenic phase, an intermediate phase of degradation, occurred an increased gas generation. With regard to the leachate produced, the material had a high generation in both periods was also the L3. Regarding the microbiological and metals analysis, the lysimeters showed small values, indicating no toxicity nor pathogenicity. It can be concluded that it is of fundamental importance to invest in techniques aiming the use of the biogas generated in the landfills.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Modelo de Lisímetro... 25

Figura 2: Fases de geração de gases em aterros sanitários... 27

Figura 3: Principais fatores intervenientes no processo de geração de gases ... 37

Figura 4 : Potencial de influência dos principais parâmetros na geração de gases... 37

Figura 5: Captação, distribuição, queima e geração de energia elétrica. ... 40

Figura 6: Motogeradores do aterro Bandeirantes... 41

Figura 7: Usina de captação do biogás no aterro São João. ... 42

Figura 8: Localização do Estado do Ceará no Brasil, destacado em vermelho. ... 45

Figura 9: Localização do Município de Caucaia no Estado do Ceará, destacado em vermelho45 Figura 10: Localização do ASMOC no Município de Caucaia-CE, destacado em azul... 45

Figura 11: Entrada do Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia (ASMOC). ... 46

Figura 12: Células em Operação no Aterro Sanitário de Caucaia-CE (ASMOC). ... 47

Figura 13: Podas de árvores sendo trituradas no ASMOC. ... 47

Figura 14: Pó gerado da trituração das podas de árvores - ASMOC ... 47

Figura 15: Células desativadas no Aterro Sanitário de Caucaia-CE... 48

Figura 16: Lagoa Anaeróbia do Aterro Sanitário de Caucaia-CE... 48

Figura 17: Localização da área da pesquisa no ASMOC destacada em vermelho ... 49

Figura 18: Área de implantação dos lisímetros... 49

Figura 19: Lisímetros implantados... 49

Figura 20: Fluxograma do Processo de Execução da Pesquisa... 50

Figura 21: Limpeza da área de colocação dos lisímetros, abril/2012 ... 51

Figura 22: Inclinação do terreno na área dos lisímetros, abril/2012 ... 51

Figura 23: Colocação da base para assentamento das manilhas (lisímetros), abril/2012 ... 52

Figura 24: Construção dos 3 Lisímetros, abril/2012 ... 53

Figura 25: Base sendo selada com cimento ... 53

Figura 26: Declividade da base. ... 54

Figura 27a: Torneira para coleta do lixiviado... 54

Figura 27b: Medições da Torneira para coleta do lixiviado ... 54

Figura 28a: Tubulações de coleta dos resíduos... 55

Figura 28b: Medição da Tubulação de coleta dos resíduos ... 55

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Figura 30: Pedras colocadas na camada de drenagem ... 56

Figura 31: Camada de drenagem da base dos lisímetros ... 56

Figura 32: Cobrimento da tubulação de coleta do lixiviado ... 56

Figura 33: Tubulação de coleta de gás ... 57

Figura 34: Furos e material geotextil envolvendo a tubulação de gás ... 57

Figura 35: Representação da medição do gás na base, centro e topo dos lisímetros ... 57

Figura 36: Ilustração do preenchimento dos lisímetros com os resíduos sólidos nas devidas proporções, abril/2012 ... 58

Figura 37: Colocação dos resíduos na lona para realização da composição gravimétrica... 59

Figura 38: Realização da composição gravimétrica dos resíduos sólidos, recebidos no ASMOC, maio/2012... 59

Figura 39: Separação para determinação da Composição Gravimétrica, maio/2012 ... 60

Figura 40: Pesagem do material para determinação da composição gravimétrica ... 60

Figura 41: Pesagem do material para determinação da composição gravimétrica ... 60

Figura 42: Preenchimento do Lisímetro 1, maio/2012... 61

Figura 45: Compactação dos Resíduos ... 62

Figura 46: Compactação dos Resíduos ... 62

Figura 47: Compactação final dos Lisímetros... 63

Figura 48: Pintura dos Lisímetros, maio/ 2012 ... 63

Figura 49: Cercamento da área... 63

Figura 50: Lisímetros prontos, maio/2012 ... 64

Figura 51: Lixiviado sendo coletado no Lisímetros 2 para posterior análise... 65

Figura 52: Lixiviado sendo coletado no Lisímetros 3 para posterior análise... 65

Figura 53: Frascos onde foram colocadas as amostras... 66

Figura 54: Depósito onde foram armazenados os frascos com as amostras de lixiviado... 66

Figura 55: Tubulação de coleta da massa de lixo presente no lisímetro ... 68

Figura 56: Tubulações de coleta da massa de lixo cortadas... 68

Figura 57: Tubulações de coleta da massa de lixo acopladas ... 69

Figura 58: Tubulação aberta inserida para a coleta da massa de lixo ... 69

Figura 59: Tubulação fechada para segurar a massa de lixo... 70

Figura 60: Massa de lixo sendo coletada, novembro/2012 ... 70

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Figura 62: Medição do recalque no lisímetro... 71

Figura 63: Aparelho demedição da composição do Gás ... 72

Figura 64: Medição da composição do Gás, 4 meses após a implantação dos lisímetros ... 72

Figura 65: Aparelho de medição da vazão do Gás... 74

Figura 66: Medição da vazão do gás, agosto/2012, 4 meses após a implantação dos lisímetros75 Figura 67: Medição da vazão do Gás, agosto/2012, 4 meses após a implantação dos lisímetros ... 76

Figura 68: Composição gravimétrica dos resíduos sólidos, ASMOC-CE ... 77

Figura 69: Coloração do chorume após coleta, período de estiagem, 2012... 81

Figura 70: Coloração do lixiviado após coleta, período chuvoso, 2013 ... 82

Figura 71: Comportamento da Cor Aparente, período de estiagem, 2012... 83

Figura 72: Comportamento da Cor Aparente, período chuvoso, 2013 ... 83

Figura 73: Comportamento da Turbidez, período de estiagem, 2012... 84

Figura 74: Comportamento da Turbidez, período chuvoso, 2013... 85

Figura 75: Comportamento do pH ao Longo do Tempo, período de estiagem, 2012... 86

Figura 76: Comportamento do pH ao Longo do Tempo, período chuvoso, 2013 ... 86

Figura 77: Comportamento da Alcalinidade, período de estiagem, 2012... 88

Figura 78: Comportamento da Alcalinidade, período chuvoso, 2013... 89

Figura 79: Comportamento da amônia, período de estiagem, 2012... 90

Figura 80: Comportamento do nitrito, período de estiagem, 2012 ... 91

Figura 81: Comportamento do nitrato, período de estiagem, 2012... 91

Figura 82: Comportamento da amônia, período chuvoso, 2013 ... 92

Figura 83 Comportamento da nitrito, período chuvoso, 2013 ... 93

Figura 84 Comportamento da nitrato, período chuvoso, 2013... 93

Figura 85: Comportamento da DQO, período de estiagem, 2012... 94

Figura 86: Comportamento da DBO, período de estiagem, 2012... 95

Figura 87: Comportamento da DQO, período chuvoso, 2013 ... 96

Figura 88: Comportamento da DBO, período chuvoso, 2013... 97

Figura 89: Comportamento dos Sólidos, período de estiagem, 2012... 98

Figura 90: Comportamento dos Sólidos, período chuvoso, 2013 ... 100

Figura 91: Comportamento da Condutividade, período de estiagem, 2012... 101

Figura 92: Comportamento da Condutividade, período chuvoso, 2013 ... 102

Figura 93: Comportamento de Cloretos, período de estiagem, 2012... 103

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Figura 95: Comportamento do Fósforo, período de estiagem, 2012... 105

Figura 96: Comportamento do Fósforo, período chuvoso, 2013 ... 105

Figura 97: Comportamento dos coliformes totais, período de estiagem, 2012... 106

Figura 98: Comportamento dos coliformes termotolerantes, período de estiagem, 2012... 108

Figura 99: Comportamento dos coliformes totais, período chuvoso, 2013 ... 108

Figura 100: Comportamento dos coliformes termotolerantes, período chuvoso, 2012 ... 109

Figura 101: Recalque no L1 – 7 dias após o preenchimento do lisímetro, maio/2012 ... 115

Figura 102: Recalque no L3 – 7 dias após o preenchimento do lisímetro, maio/2012 ... 115

Figura 103: Recalque no L1 – 120 dias após o preenchimento do lisímetro, julho/2012... 116

Figura 106: Evolução do recalque nos três lisímetros com o tempo... 118

Figura 107: Comportamento dos teores de Umidade (g) da massa de lixo dos lisímetros, novembro/2012, 7 meses após a implantação dos lisímetros ... 119

Figura 108: Comportamento dos teores de Sólidos (mg/L) da massa de lixo lisímetros, novembro/2012, 7 meses após a implantação dos lisímetros ... 122

Figura 109: Comportamento dos teores de Nutrientes (mg/L) da massa de lixo dos lisímetros, novembro/2012, período de estiagem, 7 meses após a implantação dos lisímetros124 Figura 110: Comportamento dos teores de Nutrientes (mg/L) da massa de lixo dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso, 12 meses após a implantação dos lisímetros... 124

Figura 111: Medição da concentração dos gases, Lisímetro 1, Topo, agosto/2012... 125

Figura 112: Concentração dos Gases – L1 – Topo, 4 meses após o enchimento do lisímetro, agosto/2012, período seco ... 126

Figura 113: Concentração dos Gases – L1 – Topo, 12 meses após o enchimento do lisímetro, maio/2013, período chuvoso ... 127

Figura 114: Medição da concentração dos gases, Lisímetro 1, Centro, agosto/2012 ... 128

Figura 115: Concentração dos Gases – L1 – Centro, 4 meses após o enchimento do lisímetro, agosto/2012, período seco ... 129

Figura 116: Concentração dos Gases – L1 – Centro, 12 meses após o enchimento do lisímetro, maio/2013, período chuvoso ... 130

Figura 117: Medição da concentração dos gases, Lisímetro 1, Base, agosto/2012 ... 131

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Figura 119: Concentração dos Gases – L1 – Base, 4 meses dias após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 132

Figura 121: Concentração dos Gases – L2 – Topo, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 135

Figura 122: Concentração dos Gases – L2 – Topo, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 135

Figura 124: Concentração dos Gases – L2 – Centro, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 138

Figura 125: Concentração dos Gases – L2 – Centro, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 138

Figura 127: Concentração dos Gases – L2 – Base, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 140

Figura 128: Concentração dos Gases – L2 – Base, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 141

Figura 130: Concentração dos Gases – L3 – Topo, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 143

Figura 131: Concentração dos Gases – L3 – Topo, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio2013, período chuvoso... 144

Figura 133: Concentração dos Gases – L3 – Centro, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 146

Figura 134: Concentração dos Gases – L3 – Centro, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 146

Figura 136: Concentração dos Gases – L3 – Base, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 148

Figura 137: Concentração dos Gases – L3 – Base, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 149

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Figura 139: Concentração dos Gases – L1 – Manhã, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso ... 153

Figura 140: Concentração dos Gases – L1 – Tarde, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 155

Figura 141: Concentração dos Gases – L1 – Tarde, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 155

Figura 142: Concentração dos Gases – L1 – por turno, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 156

Figura 143: Concentração dos Gases – L1 – por turno, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 156

Figura 144: Concentração dos Gases – L2 – Manhã, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 157

Figura 145: Concentração dos Gases – L2 – Manhã, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio2013, período chuvoso... 158

Figura 149: Concentração dos Gases – L2 – por turno, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio2013, período chuvoso... 161

Figura 150: Concentração dos Gases – L3 – Manhã, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 162

Figura 151: Concentração dos Gases – L3 – Manhã, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 163

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Duração de cada fase na decomposição de resíduos sólidos... 28

Tabela 2: Composição básica do biogás de aterro sanitário... 32

Tabela 3: Distribuição da Área do Aterro Sanitário de Caucaia por Setor. ... 46

Tabela 4: Forma de medição dos gases no campo, agosto/2012... 73

Tabela 5: Modelo de como foram feitas as medições dos Gases no campo, agosto/2012. ... 73

Tabela 6: Composição Gravimétrica dos Resíduos Sólidos Urbanos que chegam ao ASMOC-CE, maio/2012. ... 77

Tabela 7: Composição Gravimétrica de resíduos sólidos em diversos países... 78

Tabela 8: Análises Físico-Químicas e Microbiológicas do Lixiviado gerado nos lisímetros, 2012, período seco... 79

Tabela 9: Análises Físico-Químicas e Microbiológicas do Lixiviado gerado nos lisímetros, 2013, período chuvoso... 80

Tabela 10: DQO para o lixiviado do aterro de Gramacho/RJ. ... 96

Tabela 11: Análises dos metais presentes no chorume, novembro/2012, período de estiagem, 7 meses após a implantação dos lisímetros. ... 111

Tabela 12: Análises dos metais presentes no lixiviado, maio/2013, período chuvoso, 12 meses após a implantação dos lisímetros. ... 111

Tabela 13: Recalque dos resíduos nos lisímetros em função do tempo ... 115

Tabela 14: Teor de umidade da massa de lixo dos lisímetros, novembro/2012, 7 meses após a implantação dos lisímetros. ... 119

Tabela 15: Teores de Umidade dos RSU apresentado por diversos autores. ... 120

Tabela 16: Teor de sólidos analisada da massa de lixo dos lisímetros, novembro/2012, 7 meses após a implantação dos lisímetros ... 122

Tabela 17: Teor de nutrientes analisado da massa de lixo dos lisímetros, novembro/2012, período de estiagem, 7 meses após a implantação dos lisímetros. ... 123

Tabela 18: Teor de nutrientes analisado da massa de lixo dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso, 12 meses após a implantação dos lisímetros. ... 123

Tabela 19: Concentração dos Gases – L1 – Topo, 4 meses após o enchimento do lisímetro, agosto/2012, período seco. ... 126

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Tabela 21: Concentração dos Gases – L1 – Centro, 4 meses após o enchimento do lisímetro, agosto/2012, período seco ... 129

Tabela 22: Concentração dos Gases – L1 – Centro, 12 meses após o enchimento do lisímetro, maio/2013, período chuvoso ... 129

Tabela 23: Concentração dos Gases – L1 – Base, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 131

Tabela 24: Concentração dos Gases – L1 – Base, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso ... 131

Tabela 25: Concentração dos Gases – L2 – Topo, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco. ... 134

Tabela 26: Concentração dos Gases – L2 – Topo, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio2013, período chuvoso... 134

Tabela 27: Concentração dos Gases – L2 – Centro, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 137

Tabela 28: Concentração dos Gases – L2 – Centro, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 137

Tabela 29: Concentração dos Gases – L2 – Base, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 140

Tabela 30: Concentração dos Gases – L2 – Base, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso ... 140

Tabela 31: Concentração dos Gases – L3 – Topo, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco. ... 143

Tabela 32: Concentração dos Gases – L3 – Topo, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 143

Tabela 33: Concentração dos Gases – L3 – Centro, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 145

Tabela 34: Concentração dos Gases – L3 – Centro, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 145

Tabela 35: Concentração dos Gases – L3 – Base, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco. ... 148

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Tabela 37: Concentração dos Gases – L1 – Manhã, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco... 152

Tabela 38: Concentração dos Gases – L1 – Manhã, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 152

Tabela 39: Concentração dos Gases – L1 – Tarde, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco. ... 154

Tabela 40: Concentração dos Gases – L1 – Tarde, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso... 154

Tabela 43: Concentração dos Gases – L2 – Tarde, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco. ... 159

Tabela 47: Concentração dos Gases – L3 – Tarde, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 164

Tabela 49: Concentração dos Gases – Lisímetro 1, Média Geral, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 167

Tabela 50: Concentração dos Gases – Lisímetro 1, Média Geral, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso ... 168

Tabela 51: Concentração dos Gases – Lisímetro 2, Média Geral, 4 meses após o enchimento dos lisímetros, agosto/2012, período seco ... 168

Tabela 52: Concentração dos Gases – Lisímetro 2, Média Geral, 12 meses após o enchimento dos lisímetros, maio/2013, período chuvoso. ... 168

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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ASMOC Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia-CE RSU Resíduos Sólidos Urbanos

L1 Lisímetro 1 L2 Lisímetro 2 L3 Lisímetros 3

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO... 22

1.1 Objetivos... 24

1.1.1 Objetivo Geral... 24

1.1.2 Objetivos Específicos... 24

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 25

2.1 Resíduos Sólidos e Fases de Degradação... 25

2.1.1 Decomposição dos Resíduos Sólidos... 27

2.2 Resíduos Sólidos e Produção de Lixiviado... 29

2.3 Resíduos Sólidos e Produção do Biogás... 32

2.3.1 Fatores que influenciam a composição do Biogás... 34

2.3.2 Sistema de Conversão do Biogás em Energia Elétrica... 38

2.4 Experiências em Lisímetros... 43

3. MATERIAL E MÉTODOS... 45

3.1 Área de Estudo... 45

3.1.1 Localização dos Lisímetros... 49

3.2 Desenvolvimento da Pesquisa... 50

3.2.1 Implantação dos Lisímetros... 51

3.2.1.1 Montagem dos Lisímetros... 51

3.2.1.2 Preenchimento dos Lisímetros... 58

3.2.1.3 Pintura e cercamento da área... 63

3.2.2 Monitoramento dos Lisímetros... 66

3.2.2.1 Lixiviado... 64

3.2.2.2 Massa de Lixo... 68

3.2.2.3 Medição da Composição do Gás... 72

3.2.2.4 Medição da Vazão do Gás... 74

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO... 77

4.1 Composição Gravimétrica dos Resíduos Sólidos... 77

(21)

4.2.1 Lixiviado... 78

4.2.2 Massa de Lixo... 115

4.2.3 Composição do Gás... 125

4.2.3.1 Análise Específica... 125

4.2.3.2 Composição do gás por turno: Manhã e Tarde... 152

4.2.3.3 Análise Geral... 162

4.2.4 Vazão do Gás... 171

5. CONCLUSÕES... 172

5.1 Recomendações... 174

6. REFERÊNCIAS... 176

(22)

1. INTRODUÇÃO

A geração de resíduos sólidos é uma consequência da atividade humana. Desde as sociedades primitivas, humanos e animais utilizam a Terra como recurso de apoio à vida e para dispor seus resíduos. Antigamente, essa disposição de resíduos não representava um problema significativo, pois a população era pequena e a quantidade de terra disponível para a assimilação desses resíduos era grande (TCHOBANOGLOUS et al.,1993).

Hoje, com o aumento populacional e mudança nos hábitos de vida das populações, a produção e descarte de resíduos transformou-se num grande problema para a sociedade, tendo em vista a superação da capacidade do meio em assimilar os rejeitos descartados (GRIPPI, 2001).

Com a intensificação do processo industrial, aliada ao crescimento da população e à consequente demanda por bens de consumo, o homem passou a produzir quantidades significativas de resíduos sólidos, que acabam sendo constituídos de uma mistura muito complexa e de naturezas diversas.

Segundo Fonseca (2001), o aterro sanitário é uma das principais formas de disposição de resíduos no mundo. Os resíduos depositados nesses ambientes entram em decomposição gerando líquidos (chorume e lixiviado) e gases que podem afetar diretamente o meio ambiente.

Os líquidos podem causar a contaminação e poluição hídrica e os gases emitidos podem causar problemas adversos à saúde, odores, perigo de explosão e ainda contribuem para o aumento do efeito estufa (KELLY, 2002).

Os principais gases gerados durante este processo são o Metano (CH4) e o Dióxido de Carbono (CO2), sendo o primeiro 21 vezes mais eficiente no aprisionamento do calor na atmosfera. Por outro lado, os gases naturalmente produzidos nos aterros, também chamados de biogás, podem ser utilizados de forma benéfica para geração de energia, e adicionalmente, negociados através do Tratado de Kyoto.

Embora no Brasil já existam algumas plantas de aproveitamento de biogás, como no Aterro Sanitário dos Bandeirantes/SP e Aterro de Canabrava, Salvador/BA, não existe metodologia desenvolvida para este assunto, levando-se em conta as peculiaridades locais, entre as quais: composição dos resíduos, clima e operação do aterro.

(23)

Em geral, esses parâmetros não refletem adequadamente as condições de biodegradabilidade dos resíduos locais devido às diferenças climáticas e de projeto, operação e manutenção dos aterros. Portanto, tais estimativas podem estar susceptíveis a grande variabilidade.

Desta forma, torna-se extremamente necessária a determinação experimental de parâmetros e sua variação ao longo do tempo, bem como o desenvolvimento de metodologia baseada nas condições locais buscando a compreensão dos mecanismos envolvidos no processo e seu acompanhamento temporal, aliado às condições de operação e fatores externos, para que se possa avaliar diretamente o potencial energético dos aterros de resíduos urbanos do País.

Porém, uma das grandes dificuldades enfrentadas no desenvolvimento de pesquisas relacionadas a aterros em escala real é o grande número de variáveis envolvidas no processo, além do elevado custo e da dificuldade de obtenção sistemática de dados sob condições conhecidas ou controladas, devido à própria dinâmica de operação do aterro.

Para melhor compreender as interações físico-químicas e biológicas que ocorrem em aterros de resíduos sólidos urbanos ao longo do tempo, faz-se necessário desenvolver métodos que facilitem o estudo dos fatores que interferem no processo de biodegradação.

Um método eficiente é a construção de células experimentais em escala reduzida ou de lisímetros, que representam uma técnica bastante eficiente e de baixo custo.

O lisímetro é um biorreator representativo de lixo em escala reduzida, dotado de sistema de drenagem de líquidos e gases, tubos de coleta de amostras sólidas, temperatura, concentração e fluxo de gases, proporcionando a obtenção de parâmetros sob condições controladas (JUCÁ, 2003). Sua finalidade é simular e acelerar a decomposição aeróbia e anaeróbia dos resíduos, proporcionando o maior conhecimento dos processos microbiológicos (BARLAZ, 1996).

Portanto, este trabalho teve como objetivo acompanhar o processo de biodegradação dos resíduos sólidos depositados dentro de lisímetros, por meio de análises de diversos parâmetros, no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia-CE (ASMOC).

(24)

Este trabalho apresenta informações referentes ao monitoramento de 3 (três) lisímetros, chamados LI, L2 e L3, com composições diferentes, objetivando a obtenção, no decorrer do tempo, da quantidade e qualidade dos resíduos e dos gases gerados, considerando a idade do lixo, a quantidade de resíduos biodegradáveis e a fase de degradação do lixo para a avaliação do potencial energético do mesmo.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo Geral

Avaliar o comportamento dos Resíduos Sólidos Urbanos - RSU gerados no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia-CE (ASMOC), utilizando lisímetros experimentais preenchidos com resíduos de diferentes composições.

1.1.2 Objetivos Específicos

• Efetuar a caracterização dos resíduos sólidos depositados no Aterro Metropolitano Oeste de Caucaia (ASMOC), em termos de composição gravimétrica;

• Estudar o comportamento dos resíduos sólidos depositados em três lisímetros, com características diferentes, determinando-se a composição físico-química e microbiológica do lixiviado e da massa de lixo, e sua evolução com o tempo;

• Avaliar a geração do biogás, em termos de composição e vazão, nos três

(25)

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Resíduos Sólidos e Fase de Degradação

A geração de Resíduos Sólidos Urbanos – RSU está diretamente relacionada com a população urbana, seu padrão de vida e hábitos de consumo. A coleta, tratamento e disposição adequada destes resíduos refletem na qualidade de vida da população, na qualidade das águas dos rios e águas subterrâneas, na atividade pesqueira e no controle de vetores patogênicos.

Neste contexto, a disposição final do lixo urbano é um dos graves problemas ambientais enfrentados pelos grandes centros urbanos em todo o mundo e tende a agravar-se com o aumento do consumo de bens descartáveis, que passam cada vez mais a compor os grandes volumes de lixo gerados pela população.

Segundo Bidone (1999), o gerenciamento de resíduos sólidos urbanos e a aplicação de novas tecnologias proporcionam benefícios para a segurança da humanidade e do meio ambiente, por isso o estudo e aplicação da capacidade de biodegradação de microrganismos são de grande valor científico.

Os lisímetros possibilitam entender o comportamento dos RSU e representam uma técnica bastante interessante para obter parâmetros de projetos, dimensionamento e construção de aterros sanitários (JUCÁ, 2003) (Figura 1).

Figura 1: Modelo de Lisímetro.

FONTE: AUTORA, 2013.

Camada drenante Massa do resíduo Tubulação doGás

Coleta do líquido

(26)

Os aterros sanitários de resíduos sólidos constituem ecossistemas únicos, nos quais várias espécies de microrganismos estão presentes. O aterro sanitário consiste na forma de disposição final do lixo mediante confinamento em camadas, parcelas cobertas por um material inerte, geralmente solo, seguindo normas operacionais específicas; possui sistema de coleta e tratamento de chorume assim como drenagem e queima ou tratamento do biogás, de modo a evitar danos ao meio ambiente, à saúde e segurança pública.

Os principais decompositores da matéria orgânica presente na massa de resíduo são as bactérias, e, em menor escala, fungos e protozoários. Os grupos de bactérias presentes na decomposição anaeróbia da matéria orgânica são as bactérias fermentativas, acetogênicas produtoras de H2, acetogênicas consumidoras de H2 e as metanogênicas. Contudo, os

lisímetros podem representam esses processos em escala reduzida.

Segundo Castilhos et al. (2003), o processo de degradação dos resíduos sólidos é um fenômeno constituído essencialmente pela superposição de mecanismos biológicos e físico-químicos, catalisados pelo fator água, presente nos resíduos pela umidade inicial e pelas águas das precipitações.

Segundo a USEPA (1991), a produção do biogás pode ser realizada a partir da vaporização, decomposição biológica e reações químicas. A vaporização é a mudança de estado líquido para gasoso que ocorre até que sejam atingidas concentrações de equilíbrio nos gases do aterro. A decomposição biológica ocorre quando compostos orgânicos de grande massa molecular são decompostos por bactérias, gerando compostos voláteis. A reação química ocorre como resultado do contato entre o resíduo e os gases reativos gerados no aterro.

No entanto, para entender as interações químicas, físicas e biológicas que ocorrem em aterros sanitários e o seu comportamento ao longo do tempo, faz-se necessário estudar diversos fatores que interferem no processo de degradação biológica, principalmente pelo fato de que, em países subdesenvolvidos, a maior parte dos resíduos depositados é matéria orgânica (MONTEIRO, 2003).

A estimativa da produção total de gases baseia-se na determinação das diversas frações que compõem o lixo. As frações mais facilmente decompostas, frações orgânicas, são as que definem a quantidade de biogás que pode ser produzida por unidade de volume de resíduo.

(27)

A biodegradação que ocorre nos aterros sanitários é predominantemente anaeróbia, porém ocorre também a degradação aeróbia, com presença de oxigênio, em um pequeno espaço de tempo, logo após o aterramento. Logo, os microrganismos presentes na massa de resíduo que irão proporcionar a degradação podem ser aeróbios (necessitam do oxigênio para degradar a matéria orgânica), anaeróbios (degradam a matéria orgânica na ausência de oxigênio) ou aeróbios facultativos (degradam a matéria orgânica na presença ou ausência de oxigênio).

2.1.1 Decomposição dos Resíduos Sólidos

A decomposição dos resíduos é um dos principais fatores que influenciam a geração de biogás. Segundo Tchobanoglous et al.(1993) e Bidone (1999), a geração do biogás ocorre em cinco fases, sendo uma fase de decomposição aeróbia, uma fase de transição (facultativa) e três fases anaeróbias (ácida, metogênica e maturação), como mostrado na Figura 2.

Figura 2: Fases de geração de gases em aterros sanitários.

FONTE: TCHOBANOGLOUS et al., 1993.

Fase I: A primeira fase é conhecida como fase de ajuste inicial. Nessa fase ocorre a biodegradação aeróbia devido à quantidade de ar que é enterrado juntamente com o resíduo.

Fase II: Fase identificada como fase de transição. O oxigênio é consumido e as condições anaeróbias começam a prevalecer. Nessa fase predomina a formação de CO2 e H2,

conhecida como fase acidogênica.

(28)

constituídos por bactérias anaeróbias estritas e facultativas. Esta fase também é conhecida como acetogênica, pois ocorre a conversão de ácidos graxos voláteis em acido acético (CH3COOH).

Fase IV: Fase anaeróbia metanogênica. Nessa fase predominam microrganismos estritamente anaeróbios, denominados metanogênicos, que convertem ácido acético e gás hidrogênio em CO2 e CH4 em uma proporção de 35-50% e de 45-60%, respectivamente. A

formação do metano e dos ácidos prossegue simultaneamente, embora a taxa de formação dos ácidos seja reduzida consideravelmente.

Fase V: Fase anaeróbia de maturação. Essa fase ocorre após grande quantidade do material orgânico ter sido biodegradado e convertido em CH4 e CO2 durante a fase

metanogênica. A taxa de geração do gás diminui consideravelmente, pois a maioria dos nutrientes disponíveis foi consumida nas fases anteriores e os substratos que restam no aterro são de degradação lenta.

Condições aeróbias, pequenas quantidades de nitrogênio e oxigênio, podem voltar a ocorrer, dependendo da suscetibilidade do aterro a condições atmosféricas.

A duração de cada etapa pode variar, dependendo da quantidade de nutrientes, da quantidade de água presente na massa de resíduos e principalmente da compactação dada à camada de resíduos. Segundo Augenstein; Pacey (1991), a duração de cada etapa está descrita na Tabela 1.

Tabela 1: Duração de cada fase na decomposição de resíduos sólidos.

FONTE: AUGENSTEIN e PACEY, 1991.

(29)

2.2 Resíduos Sólidos e Produção do Lixiviado

Os líquidos percolados sobre uma massa de lixo disposta na natureza, segundo definição da NBR 10.7031/89, são líquidos que fluem através de um meio poroso, filtrando e extraindo substâncias deste meio e que, no caso de aterros de resíduos sólidos, compreende, geralmente, o chorume, a água de infiltração e o material lixiviado.

O chorume é o liquido escuro gerado pela degradação dos resíduos em aterros sanitários. A quantidade e o tipo de chorume produzido estão relacionados com variações climáticas, temperatura, tempo de residência dos resíduos no aterro e composição do lixo. O potencial de impacto deste efluente está atribuído à alta concentração de matéria orgânica, reduzida biodegradabilidade, presença de metais pesados e de substâncias recalcitrantes.

Quando a água percola através da massa de resíduo em decomposição, materiais biológicos e componentes químicos misturam-se com a mesma dando origem ao lixiviado. (JOHANSEN; CARLSON 1976, ROBINSON; MARIS 1979, FULLER et al., 1979; LEMA et al. 1987 e CLEMENT, 1995).

Da mesma forma que o chorume, o lixiviado de aterros sanitários representa um grande fator de risco para o meio ambiente e para a população, uma vez que apresenta altas concentrações de matéria orgânica, bem como quantidades consideráveis de metais pesados.

Esses líquidos podem conter altas concentrações de metais pesados, sólidos suspensos e compostos orgânicos originados da degradação de substâncias que são metabolizadas, como carboidratos, proteínas e gorduras. Por apresentar substâncias altamente solúveis, pode escorrer e alcançar as coleções hídricas superficiais ou até mesmo infiltrar-se no solo e atingir as águas subterrâneas, comprometendo sua qualidade e potenciais usos.

O estudo dos metais pesados vem sendo considerado prioritário nos programas de promoção da saúde em escala mundial, pois todas as formas de vida podem ser afetadas direta ou indiretamente pela sua presença. Muitos metais são essenciais para o crescimento de todos os tipos de organismos, desde bactérias até o ser humano, mas eles são requeridos em baixas concentrações, porque, quando em altas concentrações, podem danificar os sistemas biológicos, por apresentarem características bioacumulativas no organismo. Nesse contexto, considera-se importante o monitoramento constante da qualidade desses líquidos.

(30)

Inúmeros trabalhos e pesquisas realizados no Nordeste Brasileiro mostraram que a eficiência de remoção de matéria orgânica desses líquidos nas Estações de Tratamento é bem inferior à prevista nos projetos (ARAÚJO, 2003).

A composição química do lixiviado varia muito, dependendo da idade dos RSU. Por exemplo, se o lixiviado é coletado durante a fase ácida, o pH será baixo, porém parâmetros como DBO5, DQO, nutrientes e metais pesados deverão ser elevados. Contudo, durante a fase

metanogênica o pH varia entre 6,5 e 7,5 e os valores de DBO5, DQO e nutrientes são

significativamente menores (SEGATO, 2000).

A DBO5 é a quantidade de oxigênio necessária para a estabilização bioquímica da

matéria orgânica presente em uma amostra; sendo, portanto, uma medida indireta da quantidade de matéria orgânica biodegradável existente na amostra.

A DQO é usada como a medida de oxigênio requerida para a estabilização da matéria orgânica contida em uma determinada amostra, suscetível à oxidação por um oxidante químico forte. Esta análise é largamente utilizada para medir indiretamente o potencial poluidor de efluentes domésticos e industriais.

Segundo Hamada (1997), a biodegradabilidade do lixiviado varia com o tempo e pode ser determinada pela variação da relação DBO5/DQO. Em aterros novos, a relação

DBO5/DQO fica em torno de 0,5. Índices entre 0,4 e 0,6 são indicadores de melhor

biodegradabilidade. Já em aterros mais velhos, esta relação varia, geralmente, entre 0,05 e 0,2. Quanto maior a razão entre a DBO5 e a DQO, mais facilmente o lixiviado será tratado

biologicamente.

Em regiões de clima mais quente e úmido, a decomposição da matéria orgânica dos RSU nos aterros sanitários será acelerada e a fase metanogênica será alcançada mais rapidamente, muitas vezes dentro do primeiro ano de funcionamento do aterro (LO, 1996).

No entanto, qualquer tentativa de se relacionar a quantidade de água de chuva que infiltra no aterro com a composição do lixiviado é, no mínimo, arriscada, se não se levar em conta o grau de estabilização e a capacidade de retenção de água dos RSU (TATSI; ZOUBOULIS, 2002).

(31)

A DQO elevada é atribuída à presença de materiais inorgânicos passíveis de oxidação. A razão DBO5/DQO baixa indica que há bastante material orgânico de difícil degradação.

No caso dos aterros sanitários, estudos demonstram (ARRUDA, 1995) que uma relação (DBO5/DQO)>0,4 para os líquidos lixiviados é indicativa de predominância da fase

ácida, enquanto que a mesma relação assumindo valor igual ou inferior a 0,4 indica predominância da fase metanogênica.

O custo para a realização de uma análise de DBO5 é de cerca de 4,5 vezes maior que o

custo para uma análise de DQO. O tempo necessário para a obtenção de resultados de análises de DBO5 é de 5 dias, enquanto o de DQO é de 3 horas (ARRUDA, 1995). O estabelecimento

da relação (DBO5/DQO) para o percolado gerado pelos resíduos sólidos urbanos se justifica,

pois conduzirá à redução de custos operacionais, à diminuição do tempo de tomada de decisões sobre medidas de correção operacional, bem como à definição de parâmetros de projeto que sejam condizentes com a realidade local.

A análise de sólidos é também considerada um fator importante no controle dos processos biológicos e físicos do lixiviado.

Os sólidos podem ser classificados de acordo com suas características físicas (tamanho) ou química (orgânico ou mineral), assim:

Os sólidos totais são resíduos de uma amostra após a sua evaporação e secagem a 103 – 105ºC;

Os sólidos fixos são resíduos dos sólidos totais em suspensão ou dissolvidos que permanecem após calcinação da amostra a 550ºC;

Os sólidos voláteis consistem na perda de peso dos sólidos totais em suspensão ou dissolvidos após calcinação da amostra a 550ºC. Os sólidos voláteis são geralmente usados como estimativa dos sólidos orgânicos, embora alguns sais minerais (cloretos e nitratos e carbonatos) sejam perdidos durante a calcinação.

Elevado teor de sólidos voláteis confirma a fase inicial de decomposição e aponta para uma grande quantidade de matéria orgânica. Baixos valores indicam que o resíduo já passou por um acentuado processo de degradação.

Venkataramani et al. (1983), ressaltam a importância da análise da relação sólidos voláteis totais por sólidos fixos totais, ou seja (SVT/SFT), na determinação da tratabilidade biológica do lixiviado, sendo que quanto maior for esta relação, maior também a probabilidade de um bom tratamento biológico.

(32)

voláteis nos resíduos maior a quantidade de material que pode ser degradado. Em resíduos antigos, estudados por Alves (2008), o teor de sólidos voláteis foi de, no mínimo, 5%. Maciel (2003) estudou os resíduos provenientes de uma célula do Aterro da Muribeca - PE contendo resíduos de mais de 8 anos, encontrando um teor de sólidos voláteis de 8%, apontando um material já degradado e de pouca atividade microbiana. Alcântara (2007) estudou o comportamento do teor de sólidos voláteis em lisímetros existentes no Aterro da Muribeca - PE e verificou que os resíduos recém-chegados possuíam cerca de 70% de sólidos voláteis, enquanto que resíduos submetidos a 1 ano de degradação possuíam aproximadamente 35% de teor de sólidos voláteis. Kelly (2002), afirma que resíduos contendo um teor de sólidos voláteis menor que 10% correspondem a um material já bioestabilizado.

2.3 Resíduos Sólidos e Produção de Biogás

O aterro sanitário pode ser conceituado como um reator bioquímico, sendo suas principais entradas os resíduos sólidos e água e suas saídas os líquidos lixiviados e o biogás. O biogás produzido em aterros sanitários é composto de 45 a 60% de metano, a porcentagem restante é composta de CO2, vapor de água e alguns gases traço. A Tabela 2 apresenta os

valores típicos de sua composição.

Tabela 2: Composição básica do biogás de aterro sanitário.

FONTE: TCHOBANOGLOUS, et al., 1993.

A seguir são apresentados características destes gases:

Metano (CH4): produzido na biodegradação anaeróbia da matéria orgânica. Vários valores do potencial de aquecimento global do metano são relatados na literatura e variam entre 21 a 27 vezes maior que o CO2 (FISCHER et al., 1999; BARH et al., 2006). Segundo

(33)

incêndios e explosões em instalações próximas aos aterros. O intervalo de inflamabilidade para o metano em condições de pressão atmosférica e temperatura ambiente é de 5 a 15%. O limite de concentração seguro em ambientes fechados é de 1% (FISCHER et al., 1999).

Dióxido de Carbono (CO2): é a principal forma gasosa do carbono. Este gás é produzido na biodegradação da matéria orgânica tanto aerobiamente como anaerobiamente. Por este motivo é um dos principais gases produzido em aterros sanitários. O CO2 é

classificado como um gás intermediário entre tóxico e não-tóxico. Acima de 5%, representa um grave perigo para a vida. O valor limite de CO2 é 0,5%, com um limite de exposição curta

de 1%. Em 3%, respirar torna-se difícil e pode-se desenvolver dores de cabeça ou sonolência (FISCHER et al.,1999).

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 aterros jovens, chegando a concentrações maiores que o limite de explosividade de 4% (FISCHER et al., 1999).

Compostos Orgânicos não-metanogênicos (NMOC): Os gases de aterros sanitários possuem uma variedade de compostos orgânicos traços, que juntos constituem 1% do volume do biogás. Alguns estudos detectaram entre 100 e 200 compostos diferentes. Esses compostos são subprodutos de processos químicos e biológicos que ocorrem na massa de resíduo e consistem dos compostos oxidados do carbono como: álcool, acetona, ácidos orgânicos, furanos e compostos sulforados (FISCHER et al., 1999). O potencial de perigo de explosão varia pela química do componente. Contudo, o benzeno e outros NMOCs sozinhos são improváveis de serem coletados em concentrações altas o bastante para trazerem perigos de explosão (BRITO FILHO, 2005).

A emissão descontrolada do biogás em aterros sanitários é um grave problema de poluição atmosférica local e global. Os efeitos da liberação dos gases localmente variam do simples odor até possíveis doenças cancerígenas na comunidade circunvizinha ao aterro. Em relação à poluição atmosférica global, o principal efeito da liberação do biogás é o aquecimento do globo terrestre, que vem gerando grandes discussões nos últimos anos.

Uma tonelada de resíduos sólidos urbanos (RSU) depositados em aterros resulta em aproximadamente 160 a 250 m3 de biogás. Este biogás consiste de aproximadamente 55% de metano, 44% de CO2 e 1% de outros gases (FERNADES, 2009).

(34)

tempo, de acordo com as fases de decomposição dos resíduos e os inúmeros fatores intervenientes no processo de degradação. Bach (1993), coletou dados de aterros sanitários de diferentes países e constataram que a taxa de produção de gás nos aterros situa-se entre 0,8 e 20 m3/t/ano, a depender da idade do lixo. El-Fadel et. al. (1996a) relataram que a mesma varia de 1 a 14 m³/ton/ano.

O metano proveniente de aterros sanitários é umas das maiores emissões antropogênicas desse gás. Uma tonelada de RSU produz aproximadamente 88 a 138 m3 de metano. Aproximadamente, 40 a 60 milhões de toneladas de metano são anualmente gerados por aterros sanitários (HUMER; LECHNER, 1999). Para um aterro sanitário urbano em funcionamento com 20 m de espessura, Hummer; Lechner (2001), prevêem um fator de emissão de cerca de 340 l CH4/ m². dia.

Reinhart e Cooper (1992), afirmaram que a produção de metano em aterros sanitários de resíduos sólidos foi de aproximadamente 10,5 milhões de toneladas/ano. Segundo Bahr et al. (2006), a emissão mundial de metano em aterros sanitários de resíduos sólidos é estimada em 60 milhões de toneladas por ano, sendo 15% destes provenientes de aterros chineses.

Em relação ao tempo, os aterros podem gerar cerca de até 125 metros cúbicos de gás metano por tonelada de resíduo em um período de 10 a 40 anos. Segundo a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, CETESB (2006), esta geração no Brasil é de 677 t/ ano, podendo representar cerca de 945 milhões de metros cúbicos por ano.

Algumas metodologias já foram desenvolvidas para quantificar a geração de gases em aterros sanitários, porém os valores são conflitantes e muitas vezes não descrevem a realidade, pois foram desenvolvidas para condições diferentes.

Diante disso, têm sido realizados estudos em lisímetros, para melhor monitorar a produção desses gases, bem como avaliar as características da massa de resíduo, sua fase de degradação e produção do lixiviado.

2.3.1 Fatores que influenciam a composição do Biogás

A composição do biogás varia de um local para outro e mesmo de uma célula para outra no mesmo aterro sanitário. Esta variação ocorre a todo tempo. Segundo a Agência Ambiental da Inglaterra (2004), os fatores que podem influenciar a composição do biogás são os seguintes:

Diferenças na composição dos resíduos, pré-tratamento e armazenamento;

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Idade dos resíduos;

Propriedades físico-químicas dos componentes dos resíduos; Temperatura do aterro;

Características hidráulicas do local.

Filho (2005) apresenta os principais fatores que afetam a geração de gases em aterros sanitários:

Composição do resíduo: A maioria dos resíduos residenciais e comerciais dispostos em um aterro sanitário de resíduos sólidos municipal são biodegradáveis. A outra parte consiste de vários materiais inertes tais como concreto, cinza, solo, metais, plásticos e outros materiais não biodegradáveis. Quanto mais facilmente é decomposta a fração orgânica do resíduo, mais acelerada será a taxa de produção de gases no aterro. Resíduos de alimentos estão incluídos nesta categoria. Deste modo, um alto percentual de resíduos de alimento no aterro provavelmente resultará em uma acelerada taxa de geração de gás.

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.

Umidade dos resíduos: Em muitos aterros, depois da composição gravimétrica dos resíduos, o teor de umidade é o fator mais importante para a taxa de produção de gás no aterro. Existe uma faixa ótima de umidade; quanto maior o teor de umidade, maior será a taxa de produção de gás; isso ocorre até a umidade de saturação. O teor de umidade em um aterro convencional mudará ao longo do tempo. Essas alterações no teor de umidade do aterro podem resultar das mudanças na infiltração de águas superficiais e/ou influxo de águas subterrâneas, liberação de água como resultado da decomposição dos resíduos, e variações sazonais do teor de umidade dos resíduos (El-FADEL et al., 1996b; BARLAZ, 1996).

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Porém, de acordo com Caterpilar (2001), o teor de umidade dos RSU varia de 10 a 80%, dependendo da estação do ano, dos procedimentos de coleta e da composição dos resíduos. A umidade ideal para uma melhor compactação é de aproximadamente 10%. No entanto, estudos realizados no aterro sanitário de Belo Horizonte indicaram bons índices de compactação para umidades em torno de 56%, demonstrando que esta é adequada para a compactação de resíduos naquele aterro (CATAPRETA et al., 2005).

Tamanho das partículas: Quanto menor a unidade ou partícula do resíduo disposto, maior será a área da superfície específica. A partícula de resíduo com uma área superficial maior decomporá mais rapidamente do que uma partícula com uma área menor.

Idade do resíduo: A geração de gás (metano) em um aterro possui duas variáveis dependentes do tempo: tempo de atraso e tempo de conversão. O tempo de atraso (retardo) é o período que vai da disposição dos resíduos até o início da geração do metano (início da Fase III). O tempo de conversão é o período que vai da disposição dos resíduos até o final da geração do metano (final da Fase V). Por exemplo, os resíduos de jardins têm os tempos de atraso e conversão menores, enquanto que o couro e o plástico possuem tempos de atraso e conversão maiores.

pH: A faixa de pH ótimo para a maioria das bactérias anaeróbias é 6,7 a 7,5 ou próximo do neutro (McBean et al., 1995). Dentro da faixa ótima de pH, a metanogênese aumenta para uma taxa elevada, de tal modo que a produção de metano é maximizada. Fora da faixa ótima – um pH abaixo de 6 ou acima de 8 – a produção de metano fica estritamente limitada. A maioria dos aterros tende ter ambientes levemente ácidos.

Temperatura: As condições de temperatura de um aterro influenciam os tipos de bactérias predominantes e o nível de produção de gás. A faixa ótima de temperatura para bactérias mesofílicas é de 30 a 35ºC (86 a 95ºF), enquanto que para as bactérias termofílicas é de 45 a 65ºC (113 a 149ºF). As termófilas geralmente produzem altas taxas de geração de gás; contudo, a maior parte dos aterros ocorre na faixa das 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 as 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 num aterro variam entre 30 a 60ºC.

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dimensões do aterro (área e profundidade), operação do aterro e processamento de resíduos variáveis.

Para Waste Management Paper nº27 (1989), além dos condicionantes citados anteriormente, outros aspectos relacionados com a geometria e operação do aterro e com o ambiente externo à célula também são reportados. A Figura 3 mostra os principais fatores que afetam a geração de gases relacionados com as seguintes classificações: geometria e operação do aterro, características iniciais dos resíduos e do ambiente interno e externo à célula.

O resultado da interação física, química e biológica de todos estes fatores ao longo do processo de degradação dos resíduos é fundamental para definição das diferentes fases de decomposição do lixo e do potencial de geração dos gases no aterro.

Figura 3: Principais fatores intervenientes no processo de geração de gases.

FONTE: MACIEL, 2003.

O potencial de influência de cada fator no favorecimento ou inibição das atividades bacterianas é de grande importância para o entendimento do comportamento da geração de gases nos aterros. A Figura 4 sumariza sobre o referido tema.

Figura 4 – Potencial de influência dos principais parâmetros na geração de gases.