CAMPUS DE BOTUCATU
DETERMINAÇÃO DE ALGUNS PARÂMETROS INDICADORES DE
POLUIÇÃO POR EFLUENTE LÍQUIDO DE UM ATERRO SANITÁRIO
SELENE DE OLIVEIRA
Orientador: Prof. Dr. Antenor Pasqual
Tese apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Campus de Botucatu, para obtenção do título de Doutor em Agronomia - Área de Concentração em Energia na Agricultura.
“Aprender é descobrir aquilo que voce já sabe;
Fazer é demonstrar que voce o sabe; Ensinar é lembrar aos outros que eles sabem tanto quanto voce;
Voces são todos aprendizes, fazedores, professores”
OFERECIMENTO
Aos jovens pesquisadores da área ambiental.
AGRADECIMENTOS Agradeço:
a DEUS e aos meus Amigos Espirituais, pela força e aprendizado que recebi nas horas difíceis de minha permanência em Botucatu;
com carinho, à minha Mãe, Maria de Lourdes pela compreensão e amparo constante, mesmo que distante;
ao Mestre Antenor Pasqual pela orientação e aprendizado, carinho e amizade;
aos colegas de pós-graduação pela amizade e momentos de lazer;
a Faculdade de Ciências Agronômicas/UNESP, principalmente ao Conselho de Pós-Graduação, em especial ao Prof. Sérgio H. Benez, Prof. Kleber P. Lanças e à Sra. Maria do Carmo F. D’Áuria;
ao Departamento de Química e Bioquímica/IB, especialmente ao Prof. Celso A. F. Graner e Prof. Pedro de M. Padilha pela realização das análises de metais pesados;
ao Departamento de Bioestátistica/IB, em especial ao Prof. José Raimundo de S. Passos pelo estudo estatístico;
ao Departamento de Engenharia Rural/FCA, especialmente ao Prof. Raimundo L. Cruz pelo apoio na montagem do experimento de campo;
a todos os funcionários e docentes do Departamento de Recursos Naturais, em especial ao Sr. Valdomiro Rossi pelo auxilio nas amostragens de campo;
aos desenhistas Sr. Adalberto F. dos Santos e Sr. Silvio S.S. Scolasticci pelos desenhos confeccionados;
a Prefeitura Municipal de Botucatu, principalmente a Secretaria Municipal do Meio Ambiente;
a CAPES - Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, que financiou a realização desta pesquisa;
SUMÁRIO
Página LISTA DE QUADROS...VII LISTA DE FIGURAS...VIII LISTA DE ABREVIATURAS...IX
1 RESUMO...01
2 SUMMARY...02
3 INTRODUÇÃO...03
4 REVISÃO DE LITERATURA ...05
4.1 Aterro sanitário...05
4.1.1 Aterro sanitário energético...13
4.2 Efluentes líquidos...18
4.2.1 Decomposição anaeróbia...18
4.2.2 Produção de efluentes líquidos em aterro sanitário...22
4.3 Metais pesados...28
4.3.1 Metais pesados nos RSU e efluentes líquidos...31
4.3.2 Metais pesados no solo...40
4.4 Recursos hídricos subterrâneos...42
5 MATERIAL E MÉTODOS...46
5.1 Material...46
5.2 Métodos ...48
5.2.1 Estimativa de produção do efluente líquido ...48
5.2.2 Experimento de campo ...52
5.2.3 Amostragem de campo ...53
5.2.4 Determinações analíticas...55
5.2.5 Métodos estatísticos ...56
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO...58
6.1 Estimativa de produção do efluente líquido...58
6.2 Determinações analíticas...60
6.2.1 Metais pesados...60
7 CONCLUSÕES e Sugestões...71
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...74
APÊNDICE APÊNDICE 1 - Legislação e Normas citadas...79
APÊNDICE 2 - Aparelhos: Extrator de solução e Piezômetro...81
APÊNDICE 3 - Lagoa de acumulação e base do depósito de resíduos...82
APÊNDICE 4 - Nascente do Ribeirão do Pinheiro...83
LISTA DE QUADROS
Quadro Página
1 Critérios para avaliação das áreas para instalação de aterro sanitário...08
2 Parâmetros determinados em chorume da decomposição dos RSU...19
3 Valores da composição do lixiviado de aterros sanitários novos e maduros...21
4 Concentração (mg/kg) de alguns metais na crosta terrestre...29
5 Alguns íons e suas possíveis fontes nos RSU...33
6 Parâmetros determinados no efluente líquido em várias disposições finais de RSU...36
7 Parâmetros estabelecidos para efluentes a serem lançados nos corpos d’água...37
8 Alguns parâmetros estabelecidos para classes de águas doces...38
9 Algumas atividades que potencialmente geram uma carga poluente no subsolo...44
10 Características físicas, média, dos RSU de Botucatu/SP...47
11 Época das coletas e locais de amostragens dos efluentes líquidos...54
12 Parâmetros determinados e métodos utilizados para análises...55
13 Resultado do balanço hídrico do local do aterro de Botucatu/SP (mm). Ano 2000...59
14 Resultados dos parâmetros determinados, e valores máximos permissíveis por lei...61
15 Valores da precipitação (mm) no período de amostragem do efluente...62
16 Coeficiente de determinação R2, estimativas de α e β e intervalos de confiança para β, segundo concentrações dos metais pesados nas amostras de P1...62
17 Síntese dos resultados dos parâmetros determinados (média, exceto para pH)...69
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 Variação na composição do lixiviado de aterros sanitários...22
2 Fluxo da água em um aterro sanitário...23
3 Planta (projeto da prefeitura) do ”aterro sanitário” municipal de Botucatu...49
4 Localização do “aterro sanitário” pela imagem de satélite LandsatTM...50
5 Sub-bacia hidrográfica do Ribeirão do Pinheiro...51
6 Planta da localização dos pontos de amostragem do efluente líquido...52
7 Localização dos pontos de amostragem do efluente...53
8 Balanço hídrico normal mensal do ano de 2000, de Botucatu...58
9 Extrato do balanço hídrico normal mensal de Botucatu, ano 2000...59
10 Concentração de Zn nas amostras do piezômetro P1...63
11 Concentrações dos metais Cd, Cr, Pb, e Ni nas amostras do piezômetro P1...63
12 Concentração dos metais pesados nas amostras do extrator E2...65
13 Concentração dos metais pesados na base do aterro...66
14 Concentração dos metais pesados na lagoa...66
15 Resultados da DQO nas amostras do piezômetro, extrator, base aterro e lagoa...67
LISTA DE ABREVIATURAS
ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas.
C/N - Relação Carbono/Nitrogênio.
CEMPRE - Compromisso Empresarial para Reciclagem - São Paulo/SP.
CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de São Paulo. CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente - Brasil.
COT - Carbono Orgânico Total.
CTC - Capacidade de Troca de Cátions.
CNTP - Condições Normais de Temperatura e Pressão. DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio.
DQO - Demanda Química de Oxigênio. EIA - Estudo de Impacto Ambiental.
EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuária.
GPS - Global Positioning System (Sistema Global de Posicionamento). IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.
IG - Instituto Geológico do Estado de São Paulo.
IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A. NBR - Norma Brasileira.
OD - Oxigênio Dissolvido.
ONG - Organização Não-Governamental. PET - polietileno tereftalato.
RSU - Resíduos Sólidos Urbanos.
RIMA - Relatório de Impacto Ambiental. SMA - Secretaria do Meio Ambiente. SST - Sólidos Suspensos Totais.
US.EPA - United States Environmental Protection Agency (Agência Americana de Proteção Ambiental).
1 RESUMO
O presente trabalho consistiu em determinar alguns parâmetros, químicos - metais pesados (cádmio, chumbo, crômio total, mercúrio, níquel e zinco) e DQO, físico-químico (pH), indicadores de poluição/contaminação do efluente líquido do “aterro sanitário” municipal de Botucatu/SP, visando a avaliação da qualidade das águas subterrâneas provenientes do Aqüífero Botucatu (Guarani), e consequentemente a qualidade de vida da flora, fauna e habitantes das regiões circunvizinhas.
Os resultados indicaram que as concentrações de Cd e Pb na água subterrânea estão acima do valor máximo permissível (vmp) pela Portaria 36/90 do Ministério da Saúde. As concentrações de Cd, Pb, e Cr na solução do solo estão em desacordo com os limites máximos permitidos pela mesma Portaria. As concentrações no efluente superficial estão de acordo com os valores (vmp) da Resolução Conama 20/86, porém na nascente o Ni aparece em valores acima do permitido por esta Resolução. Os valores de pH estão de acordo com os valores máximos permissíveis pelas referidas legislações, e as concentrações de DQO não constam nas legislações consultadas.
DETERMINATION OF SOME INDICATIVE PARAMETERS OF POLLUTION FOR LIQUID EFLUENT OF A SANITARY LANDFILL. Botucatu, 2001. 84p. Tese (Doutorado em Agronomia/Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.
Author: SELENE DE OLIVEIRA Adviser: ANTENOR PASQUAL
2 SUMMARY
The present work consisted in determine some parameters, chemical - heavy metals (cadmium, lead, total chromium, mercury, nickel and zinc) and COD, physical-chemical (pH), pollution/contamination indicators of the liquid efluent of the sanitary landfill of Botucatu/SP, seeking the evaluation of the quality of groundwater coming Aqüífer's Botucatu, and consequently the quality of life of the flora, fauna and inhabitants of these areas.
The results indicated that the concentrations of Cd and Pb in the groundwater are above the permissible maximum value (vmp) for the Law 36/90 of the Ministry of Health. The concentrations of Cd, Pb, and Cr in the solution of soil are in disagreement with the maximum limits permited by the same Law. The concentrations in the superficial efluent are in agreement with the values (vmp) for the Law 20/86 of the Ministry of Environment. Even in the spring Ni appears in values above permited for this Law. The pH values are in agreement with the permissible maximum values for the referred legislations. And the concentrations of COD don't consist in the consulted legislations.
Therefore, the parameters indicate environmental pollution of the metals (Cd, Pb, Cr, Ni and Zn), and Hg was not detected. Contamination of the water table for Cd and Pb. The solution of soil for Cd, Pb and Cr. And the superficial water for Ni. They point, also that are prioritized studies that control the constructive and operational processes of efficient sanitary landfill and of low cost for small and medium communities.
_______________________________
3 INTRODUÇÃO
O progresso de qualquer região, é acompanhado pela maior produção de resíduos e aumento do grau de poluição, alterando portanto a qualidade do ambiente. Os resíduos, de uma maneira geral, têm a sua origem nos processos antropotécnicos. A sua gestão depende, sempre de variáveis existentes no sistema Terra, cujos valores (embora ainda não firmemente estabelecidos) não podem ser ultrapassados sem graves conseqüências para a biota terrestre e para a biosfera.
A composição física (gravimétrica) dos resíduos sólidos urbanos (RSU) no Brasil, é em média: material orgânico (52,5%), papel/papelão (24,5%), metal (2,3%), plástico (2,9%), vidro (1,6%) e outros (16,2%), segundo IPT (2000).
A geração de RSU é um fenômeno inevitável que ocorre diariamente em quantidades e composições que dependem da população e do desenvolvimento econômico de cada município; são 241.614 toneladas de RSU produzidos diariamente no Brasil, onde cerca de 90.000 toneladas por dia são de resíduos sólidos domésticos. A taxa média de geração dos resíduos domésticos em áreas urbanas é de 0,5 a 1,0 kg por pessoa por dia, dependendo do porte da cidade (IBGE, 1992).
extremamente limitada, mas atuais pesquisas já demonstram a inviabilidade desse procedimento, uma vez que os recursos hídricos de água doce já estão em sua grande maioria comprometidos, principalmente nos países do chamado primeiro mundo.
Atualmente, a população mundial supera os 6 bilhões de pessoas. A população brasileira está em torno de 170 milhões de habitantes, onde como a maioria dos outros países, o Brasil, polui, também, suas águas com esgoto urbano não tratado, resíduos urbanos e industriais, produtos químicos e mercúrio nos garimpos. São 10 bilhões de litros de água poluída dos esgotos domésticos (EMBRAPA,1996).
O Brasil detém 1/5 de toda água doce disponível na Terra; e 97% de toda água doce disponível no planeta é composta por águas subterrâneas. O Aqüífero Botucatu, o maior do mundo, é conhecido como Aqüífero Gigante do Mercosul (Aqüífero Guarani), possui um volume de água suficiente para abastecer toda a população mundial até o ano 2400, segundo a Associação Brasileira de Águas Subterrânea (ABAS,1998).
Os resíduos “sensu lato” são uma realidade universal. A sua gestão será meta prioritária no decorrer do século, quer para os povos de países desenvolvidos, os em desenvolvimento e os subdesenvolvidos. A teia que une os seres vivos do planeta já mostra sinais de que existem riscos e o nível de tolerância, também é estreito, para as unidades carbono, ou seja para os seres vivos, e é claro também para o Sistema.
4 REVISÃO DE LITERATURA
4.1 Aterro sanitário
Aterro sanitário de resíduos sólidos urbanos (RSU) definido pela Norma NBR 8419/92 da ABNT como sendo “técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo, sem causar danos à saúde pública e à sua segurança, minimizando os impactos ambientais; método este que utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos à menor área possível e reduzi-los ao menor volume permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho, ou a intervalos menores, se necessário”.
O Brasil em 1992, produzia 241.614 toneladas/dia de RSU, onde somente 10% era disposto em aterro sanitário, 76% em céu aberto (lixão), 13% em aterro controlado (lixão controlado), e o restante 1% era tratado na forma de reciclagem, compostagem e incineração (IBGE,1992). Cabe ressaltar que o IBGE planeja realizar uma nova pesquisa nacional sobre limpeza urbana e coleta de RSU, atualizando assim estes dados.
A disposição de resíduos no solo é muito utilizada nos Estados Unidos, 80% do fluxo de resíduo sólido municipal é destinado para aterros sanitários (US.EPA,1989).
do local, sondagens, permeabilidade do solo, dados meteorológicos, zoneamento, atendimento à legislação, vizinhança, custos, circulação de veículos na região, sociais, econômicos e políticos.
Segundo IPT (1995), as etapas necessárias para a implantação de um aterro sanitário são:
• levantamento de dados gerais: dados populacionais, características dos resíduos, coleta e transporte atual dos RSU;
• pré-seleção de áreas: dados geológico-geotécnicos, dados pedológicos, dados sobre o relevo, dados sobre as águas subterrâneas e superficiais, dados climatológicos, dados sobre a legislação ambiental, dados socio-econômicos;
• viabilização de áreas pré-selecionadas: são trabalhos de campo, realizados através do levantamento de dados do meio físico, trabalhos de caráter local e que objetivam conhecer as características das áreas pré-selecionadas na etapa anterior.
A ponderação dos diversos dados anteriormente citados e a análise destes, permitem a identificação das zonas mais favoráveis, nas quais, através de vistoria de campo, serão individualizadas as áreas candidatas à instalação do aterro, conforme IPT (2000), apresentados no Quadro 1.
Após a escolha do local recomendado para implantação do aterro sanitário, a administração municipal deverá tomar providências necessárias, junto ao Órgão de Controle de Poluição Ambiental (OCPA), para apresentação do projeto, para efeito de obtenção da licença prévia, e posteriormente das licenças de implantação e funcionamento.
Para o licenciamento ambiental de atividade tipicamente modificadora da qualidade do ambiente, a Resolução CONAMA no 001 de 23/01/86, institui, em nível nacional, a obrigatoriedade do Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e do Relatório de Impacto Ambiental (RIMA). Especificamente no Estado de São Paulo, a normatização de procedimentos para o licenciamento ambiental foi estabelecida pela Resolução da Secretaria do Meio Ambiente-SMA no 42 de 29/12/94, que adicionou instrumento preliminar ao EIA/RIMA que consiste no Relatório Ambiental Preliminar (RAP), segundo IPT (2000).
reprovar o empreendimento (por inviabilidade técnica ou ambiental). Tal documento tem estrutura semelhante àquela do EIA, porém, seu conteúdo é menos abrangente.
Quadro 1. Critérios para avaliação das áreas para instalação de aterro sanitário. Dados
Necessários Adequada Área Possível Área Não Recomendada Área Vida útil Maior que 10 anos Menor que10 anos* Menor que 10 anos* Distância do
centro atendido
de 5 a 20 km de 5 a 20 km Menor que 5 km Maior que 20 km Zoneamento
ambiental
Sem restrições Sem restrições Unidade de conservação ambiental e correlatas Zoneamento
urbano
Vetor de crescimento mínimo
Vetor de crescimento intermediário
Vetor de crescimento principal Densidade
populacional
Baixa Média Alta
Uso e ocupação das terras
Áreas devolutas ou pouco utilizadas
Áreas devolutas ou pouco utilizadas
Ocupação intensa
Valor da terra Baixo Médio Alto
Aceitação da população/ ONGs
Boa Razoável Oposição severa
Declividade do terreno
entre 3 e 20% entre 20 e 30% Menor que 3% Maior que 30% Distância aos
cursos d’água
Maior que 200 m Menor que 200 m** Menor que 200 m**
(IPT, 2000). *a critério do órgão ambiental **com aprovação do órgão ambiental.
A Norma NBR 8419/92 da ABNT fixa condições mínimas exigíveis para a apresentação de projetos de aterros sanitários de resíduos sólidos urbanos. Para os efeitos dessa Norma são adotadas algumas definições conforme o exposto nas Portarias no 053, de 01/03/79, e no 124, de 20/08/80 do MINTER (Ministério do Interior).
resíduos sólidos dispostos. Cronograma de execução e Estimativa de custos detalhada de implantação do aterro sanitário, bem como da operação e manutenção, especificando, entre outros, os custos de: equipamento utilizado, mão-de-obra empregada, materiais utilizados, instalações e serviços de apoio. Desenhos - concepção geral, indicação das áreas de disposição dos resíduos sólidos, sistema de drenagem superficial e subsuperficial, sistema de drenagem de gases, sistema de tratamento do percolado, representação do aterro concluído, cortes, detalhes importantes. Eventuais anexos.
Conforme Lima (1995) os métodos de operação utilizados para a execução de um aterro sanitário, são basicamente três:
• da trincheira - no terreno definido para o aterro, são escavadas trincheiras nas quais o material escavado é utilizado para recobrimento do aterro.
• da rampa - empregado em áreas planas onde o solo natural oferece boas condições para ser escavado e utilizado como material de cobertura.
• da área - este método é comumente empregado em locais onde a topografia se apresenta de forma irregular e o lençol freático está próximo a superfície. A formação da célula do aterro exige o transporte e a aquisição de terra para cobertura.
O procedimento operacional dos métodos citados consiste no seguinte: os resíduos são depositados no pé da rampa pelo caminhão coletor; empurrados contra o talude (inclinação de 2:1 a 3:1) por um trator de esteira, de baixo para cima, até que todos os materiais volumosos estejam perfeitamente adensados, formando células de 2 a 4 m de altura; os resíduos são recobertos diariamente com terra e compactados à medida que se formam as células (cobertura com espessura de 0,1 a 0,3 m). No aterro sanitário não pode ser admitido que qualquer parcela do resíduo entregue permaneça sem cobertura por mais de 24 horas seguidas (Lindenberg, 1997).
• Drenagem superficial das águas pluviais
As águas de chuva que caem sobre o aterro e em sua áreas vizinhas muitas vezes escoam até ele, causando dificuldades em sua operação, além de contribuir para aumentos consideráveis no volume do líquido percolado. Resolve-se esse problema abrindo valetas a meia encosta ou uma canaleta em volta de todo o local de aterramento.
A drenagem de águas pluviais constitui-se de drenos que podem ser construídos com tubos meia-cana em concreto, valas e leiras com terra batida ou simplesmente, cortada por máquinas, devem apresentar um caimento mínimo de 1%, para garantir boas condições de escoamento das águas. Caixas de passagem são construídas em pontos de mudança de direção e de declividade dos drenos. Para o dimensionamento dos drenos, são utilizadas aplicação de formulas de Hidrologia e Hidráulica (Lima, 1995).
Nos aterros sanitários há formação de dois subprodutos definidos pela Norma NBR 8419/92 da ABNT:
Chorume: líquido produzido pela decomposição de substâncias contidas dos RSU (principalmente matéria orgânica), que tem como características a cor escura, o mau cheiro e elevado potencial poluidor; também chamado de líquido percolado que é causado diretamente pela umidade contida nos resíduos aterrados e indiretamente pelo escoamento superficial e precipitação sobre o aterro, líquido esse que passa através do meio poroso. Gás de aterro: mistura de gases produzidos pela ação biológica na matéria orgânica em condições anaeróbias, composta principalmente de dióxido de carbono e metano em composições variáveis.
• Drenagem do líquido percolado
O líquido deve ser reunido em um poço de captação ou lançado diretamente no sistema de tratamento, antes do lançamento em rios ou córregos. Um sistema que pode minimizar a carga poluidora deste líquido consiste na recirculação do líquido, onde este sistema é fundamentado nos processos de infiltração-percolação dos líquidos através da massa de resíduo. O líquido é coletado após a drenagem, sendo recalcado para irrigação da massa de resíduos já disposta no aterro (Schalch,1984).
• Drenagem de gases
Segundo Velloso (1992), o sistema de drenagem e tratamento dos gases constitui de “chaminés” de captação e escoamento, distanciados entre si de, no máximo 50 m, e montadas com o auxílio de manilhas drenantes perfuradas (com diâmetro entre 0,30 a 0,60 m) revestidas com uma camada de brita, com cerca de 0,50 m de espessura, dispostas verticalmente, desde o solo até a camada superior, de preferência sobre a rede de drenagem do líquido percolado e superpostas, à medida do enchimento do aterro. Nas extremidades superiores dos tubos devem ser colocados queimadores para se efetuar a queima controlada dos gases, à medida de sua geração.
• Impermeabilização da superfície inferior
Se o local escolhido para implantação do aterro sanitário não tiver um solo contendo teores de argila em torno de 56 a 62%, então um sistema de impermeabilização inferior deverá ser construído (Rocca et al.,1993).
O sistema de impermeabilização em aterros tem como objetivo impedir que a percolação de águas de chuva através da massa de resíduos, infiltre no solo, limitando o movimento do líquido percolado em águas subterrâneas, evitando assim a contaminação do lençol freático, recomenda-se manter uma distância mínima de 2 m entre a camada de resíduos e o lençol freático (Lima, 1995).
Os materiais empregados em impermeabilização de aterros podem ser argilas compactadas e as geomembranas sintéticas (Rocca et al.,1993):
umidade em torno da umidade ótima obtida no ensaio de compactação com Proctor normal da ABNT (NB 33/77); densidade de no mínimo 95% da densidade máxima obtida no ensaio de compactação com Proctor normal; coeficiente de permeabilidade de, no máximo 10-7 cm/s.
- as geomembranas sintéticas são baseadas em borrachas e plásticos. Entre os polímeros empregados para a confecção de membranas flexíveis, disponíveis no mercado, destacam-se: Borracha Butílica, Borracha de Etileno-propileno (EPDM), Cloreto de Polivinila (PVC), Polietileno de alta densidade (HDPE) e Polietileno Clorossulfonado (CSPE).
A probabilidade de danos em um revestimento de geosintéticos durante o transporte, colocação e emenda é maior do que no revestimento com argila compactada. Por esta razão, estes revestimentos nunca podem ser usados isoladamente, mas sobre uma camada de argila compactada, segundo Macari e Azevedo (1997).
Outro material usado para impermeabilização são os solos modificados ou corrigidos, de acordo com Macari e Azevedo (1997), o material mais usado para mistura solo tem sido a bentonita, que pode ser usada para incrementar a capacidade de absorção de água do revestimento.
Segundo IPT (2000), um sistema de monitoramento deve ser instalado no aterro para o acompanhamento da evolução de determinados processos. O principal sistema de controle ambiental refere-se ao acompanhamento do líquido percolado, sendo monitorizados os mananciais de águas superficiais e subterrâneas, buscando a avaliação das alterações causadas pelo aterro nos cursos de água da região, mediante tomada de amostras a montante e a jusante da obra e estabelecendo comparações entre as características destas. A monitorização deve ser efetuada com a instalação de poços, piezômetros, medidores de vazão, entre outros, análises químicas, físico-químicas e biológicas e inspeções diversas.
Conforme Fuzaro (1990), os equipamentos normalmente utilizados na operação de aterros sanitários são:
• Trator de esteira, muito utilizado nas operações de um aterro, para quantidades de resíduos até 100 t/dia, este trator pode executar todas as tarefas necessárias, incluindo a formação de células, compactação das camadas, o corte e transporte de terra, o recobrimento dos resíduos, a abertura de drenos, a manutenção de acessos e outras atividades correlatas;
• Retroescavadeira, com a função auxiliar nas operações. Cabe a esta máquina a tarefa de abrir valas e a execução de drenos, poços e outras obras necessárias;
• Caminhão basculante. Quando há necessidade de transporte de terra à grandes distâncias, utiliza-se o caminhão, pois torna-se anti-econômico a execução desta tarefa pelo trator de esteira ou pela pá-carregadeira.
Os elementos de apoio de um aterro sanitário são necessários para manter um bom padrão de operação e são compostos por (Rocca et al.,1993):
• Placa de sinalização;
• Cerca (recomenda-se a construção de cercas vivas);
• Portaria/guarita; Balança; Escritório; Refeitório e banheiros; Almoxarifado;
• Pátio para estocagem de materiais; Galpão para abrigo de veículos e equipamentos;
• Acessos ao local do aterramento; Iluminação.
O aterro deve ser fechado após atingida sua capacidade de uso. O fechamento consiste de um plano de encerramento das atividades de recepção dos resíduos no aterro sanitário e da manutenção da estabilidade física, química e biológica até que o local encontre-se em condições de ser preparado para sua utilização futura. A camada de cobertura final deverá ser complementada de maneira a evitar o surgimento de vetores de doenças e a percolação indevida de líquidos e gases, segundo IPT (1995).
De acordo com a US.EPA (1989), os cuidados de pós-fechamento são: manutenção da cobertura final e sistema de retenção, coleta de chorume, monitoramento de águas subterrâneas, monitoramento de gás.
Na instalação de áreas verde, a cobertura deverá ser executada com terra de boa qualidade para plantio, numa espessura mínima de 1,5 m (plantio de árvores), ou de 0,60 m (plantio de vegetação rasteira, tipo gramínea ou arbustiva) e em seguida, colocar uma fina camada de terra fértil. Esta camada final de terra não deverá ser compactada, a fim de lhe garantir uma porosidade suficiente para permitir a circulação de água e ar indispensáveis ao crescimento das raízes. A emissão de gases provenientes dos resíduos pode acarretar influências às plantas, como, por exemplo excesso de gás carbônico, que atrasa o metabolismo e causa murchamento da planta; a presença de metano, que causa asfixia e ressecamento das raízes; portanto, em áreas de aterro previstas para plantação, deve-se construir um bom sistema de drenagem de gases (Fuzaro,1990).
O conceito de aterro sanitário deve ser entendido como um local onde os resíduos devem ser dispostos para minimizar os impactos ao meio ambiente. Essa concepção de aterro sanitário não está sendo vista pela maioria dos administradores públicos, pois ainda no Brasil a forma predominante de disposição final dos RSU é o lixão, os poucos aterros existentes não são considerados sanitários e sim controlados, onde há uma constante fonte de poluição do solo, água e ar. Um aterro sanitário consiste em uma forma sanitária e ambientalmente correta de disposição, porém a alternativa ideal para minimizar os impactos ambientais é o gerenciamento integrado de resíduos, com a opção da segregação dos resíduos e o aproveitamento adequado dos mesmos, onde assim os aterros sanitários bem mantidos e operados terão sua vida útil aumentada e a sociedade terá a consciência ambiental de que nem todo resíduos é lixo.
4.1.1 Aterro sanitário energético
Segundo Villas Boâs (1990), o ecossistema anaeróbio de um aterro sanitário é o resultado de interações complexas entre microrganismos de diferentes espécies. Essas interações ocorrem de tal forma que, um grupo de bactérias utiliza um determinado tipo de substrato gerando produtos para outro grupo e assim por diante. Os grupos microbianos presentes nesse habitat realizam a degradação da matéria orgânica em etapas bastantes distintas, embora não estanques, na direção da produção de formas gasosas de compostos de carbono, o metano e o dióxido de carbono.
Estas etapas podem ser assim descritas (Villas Boâs, 1990):
• hidrolíticas-fermentativas, onde microrganismos hidrolíticos-fermentativos atuam na degradação de forma mais complexa da matéria orgânica;
• acetogênese com produção de hidrogênio, onde determinadas espécies de bactérias atuam principalmente na produção de acetato e hidrogênio, a partir de substratos produzidos na etapa anterior;
• metanogênese, onde substratos como os ácidos acético e fórmico, o metanol e os gases como o hidrogênio e o dióxido de carbono servem como substratos para geração de metano.
Ainda segundo Villas Boâs (1990), o conhecimento da microbiologia dos aterros sanitários é de fundamental importância em função de que os aterros sanitários serem na verdade, bioreatores de grandes volumes onde relações microbianas se estabeleceram. Alguns dados revelam que além da atividade bacteriana anaeróbia, nos períodos iniciais do processo biológico nos aterros, alguns grupos microbianos aeróbios, constituídos por fungos e bactérias, também são responsáveis pela degradação de compostos orgânicos.
Trabalhos realizados revelam um modelo com quatro estágios para expressar a metanogênese em aterros, este modelo é assim explicado (Gomes,1989):
• Fase anaeróbia ácida - com a diminuição do oxigênio o meio passa a ser ocupado por microrganismos anaeróbios e anaeróbios facultativos. A glicose resultante da primeira fase, é agora metabolizada. O resultado deste processo é a formação de álcoois, ácidos e acetatos. Gases como o hidrogênio e o dióxido de carbono são liberados para a atmosfera do aterro. A temperatura nesta fase diminui um pouco, ficando na faixa de 370 a 400 C. A duração desta fase é em torno de 60 dias.
• Fase metânica instável - com o equilíbrio na segunda fase, álcoois, ácidos e acetatos são agora decompostos por outros grupos de microrganismos (hidrolíticos e fermentativos). Ocorre grande produção de acetatos, formiatos, hidrogênio e CO2, e pequena quantidade de metano. A temperatura permanece em torno de 370 C. Em aterros, que são considerados como meios heterogêneos, dificilmente existem as condições ideais, fato que aumenta o tempo de retenção com que a fase metânica instável possa durar até 8 anos.
• Fase metânica estável - finalmente, com a transformação dos acetatos, formiatos e dióxidos de carbono produzidos na terceira fase por microrganismos metanogênicos, o processo se completa. Nesta fase, metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) são produzidos em grande quantidade. A temperatura tende a estabilizar-se próxima à ambiente. O biogás gerado tem uma composição de gases da ordem de aproximadamente 60% de metano e 40% de dióxido de carbono. Um aterro, em regime natural, pode atingir a quarta fase 10 anos após o aterramento.
De maneira geral, o passo limitante de um tratamento biológico anaeróbio é a geração de metano. Isto é devido ao longo tempo de geração da bactéria metanogênica e à sua sensibilidade às condições adversas. Entretanto, a digestão anaeróbia de resíduos sólidos, como ocorre nos aterros sanitários, é lenta, devido principalmente, à composição da matéria orgânica presente e a atuação dos microrganismos responsáveis pela degradação desses compostos. Por exemplo, nos aterros sanitários, a celulose compõe a maior fração dos resíduos dispostos, e a atuação das bactérias responsáveis por sua quebra em unidade fermentáveis é bastante lenta, quer pelos baixos teores de umidade do sistema, quer pela complexidade da própria molécula desse polissacarídeos (Villas Boâs,1990).
• temperatura: um aumento na temperatura ocorrerá uma aceleração na decomposição dos resíduos, e também aumentará a produção de gás no aterro; as bactérias metanogênicas, são divididas segundo a faixa de temperatura em que conseguem sobreviver, são chamadas mesofílicas (quando a temperatura do seu meio varia entre 290 e 450 C) e termofílicas (quando esta faixa situa-se entre 450 e 700 C); a taxa de produção de metano na faixa termofílica é duas vezes maior que na mesofílica;
• potencial hidrogeniônico (pH): em função da capacidade de crescimento para diferentes meios, os microrganismos podem ser classificados em acidofílicos, neutrofílicos e alcalinofílicos; o pH ótimo para o processo de digestão anaeróbia, varia um pouco, porém situam-se na faixa de pH entre 5,5 e 7,2;
• umidade: é um fator limitante no processo de digestão anaeróbia em aterros sanitários; o teor de umidade em um aterro é influenciado por três fatores - a composição dos resíduos, as condições climáticas e as práticas de coleta de líquidos; o teor de umidade (entre 60 e 80%) melhora a produção de metano e aumenta a degradação da massa de resíduos;
• potencial redox (Eh - é a tendência de um meio de cultura aceitar ou ceder elétrons): na decomposição de matéria orgânica, devido à atividade microbiana e às relações bioquímicas e biofísicas, este fenômeno ocorre naturalmente; em aterro sanitário, nota-se uma acentuada redução da escala de valores de Eh, ou seja, com o aumento do tempo de aterramento, o Eh tende a valores negativos;
• composição física: a variação qualitativa dos resíduos sólidos provoca um aumento ou decréscimo da produção de gás ou, então altera sua composição; quanto maior a quantidade de material facilmente degradável (matéria orgânica), maior a produção de biogás no processo de digestão anaeróbia;
• microrganismos: são de grande importância para os estudos em digestão anaeróbia, como foi detalhado anteriormente;
Outros fatores são citados como prováveis causadores de alterações no processo de digestão anaeróbia dentro das camadas de um aterro sanitário, tais como: vários materiais tóxicos (oxigênio, metais pesados, metais alcalinos e alcalinos terrosos, cianetos, nitrogênio amoniacal, detergentes, antibióticos e ácidos orgânicos voláteis), compactação dos resíduos sólidos e os próprios microrganismos existentes nos resíduos (Gomes,1989).
Segundo Lima(1995), os aterros sanitários energéticos são considerados sistemas abertos nos processos biológicos de conversão de resíduos em gases combustíveis; pois sua forma de operação é contínua, visto que a própria disposição e aterramento dos resíduos é feita de forma permanente. Uma vez que os processos de decomposição são iniciados, esta passa a evoluir exponencialmente em função do tempo de deposição; entretanto, vale salientar que a geração de gás em aterros somente torna-se viável a partir de 1,5 a 2 anos de aterramento. Cabe ressaltar que neste período o aterro está na fase metânica instável que pode durar até 8 anos, segundo Gomes (1989).
Ainda conforme Lima (1995), os principais problemas com o método de aterro energético estão relacionados com: a real capacidade de produção e recuperação do gás, a impossibilidade de um perfeito controle dos parâmetros (umidade, pH, potencial redox, temperatura e teor de sólidos voláteis), a presença de substâncias inibidoras do processo biológico na massa de resíduos, a variação da composição do gás (que reduz o poder calorífico, dificultando seu emprego direto e exigindo equipamentos de elevado custo para purificá-lo), e com o armazenamento que, geralmente, torna o processo de exploração de gás extremamente dispendioso.
Um aterro energético pode produzir, teoricamente, 370 a 400 Nm3 (normal metro cúbico) de gás por tonelada de resíduos aterrados, com um poder calorífico de 5.800 kcal/Nm3 (nas CNTP), isto é, 22% mais alto do que o gás liqüefeito de petróleo (GLP), e ainda, 60% de metano e 40% de dióxido de carbono (Lima,1995).
4.2 Efluentes líquidos
Para melhor compreensão do termo efluentes líquidos define-se:
• Chorume: também chamado de sumeiro ou purina, líquido mal cheiroso, de coloração negra, produzido pela decomposição dos RSU, muito parecido com esgoto doméstico (com relação a carga poluidora), porém, bem mais concentrado (Schalch, 1984).
• Percolado ou lixiviado: líquido resultante da decomposição e umidade dos resíduos, da água de chuva, de substâncias orgânicas e inorgânicas solúveis presentes nos RSU, quando na disposição final (Fuzaro,1990).
4.2.1 Decomposição anaeróbia
A decomposição anaeróbia é a maior responsável pela produção do chorume. As águas de chuva, que caem sobre o aterro, percolam através dos resíduos e carreiam o chorume e a matéria orgânica, dando origem ao percolado, que pode causar sérios problemas ambientais. A alta carga orgânica e a complexa composição desse líquido percolado, podem comprometer por muito tempo a qualidade de uma água, seja através do deflúvio para corpos d’água superficiais, ou através da infiltração em lençóis subterrâneos (Schalch, 1984).
O chorume, quando puro, apresenta teores elevados, em alguns parâmetros determinados, como por exemplo, a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) da ordem de 9.400 mg/L a 20.000 mg/L e a Demanda Química de Oxigênio (DQO) da ordem de 35.200 mg/L. A DBO do esgoto doméstico está entre 200 a 300 mg/L (Schalch, 1984).
Quadro 2. Parâmetros determinados em chorume da decomposição dos RSU.
Parâmetros Valores
DBO * 291,67 a 26.150
DQO * 6.972 a 35.250
Nitrogênio total * 379,68 a 1.016
Fósforo * 74,35 a 167,0
Matéria orgânica 35,48% a 61,98%
pH 6,43 a 9,29
Temperatura ambiente 17o a 26oC
Temperatura da amostra 16o a 23oC
Umidade 92,5% a 98%
(Schalch,1984). * valores em mg/L.
Os fatores que influenciam o processo de digestão anaeróbia, citados por Gomes (1989), são: temperatura, pH, Eh (potencial redox), umidade, nutrientes, microrganismos, composição física dos resíduos, como foi descrito no item 4.1.1 (aterro sanitário energético).
O processo de estabilização dos resíduos, pode ser observado sob o ponto de vista de que os compostos orgânicos são instáveis quando em presença de microrganismos que os possam utilizar como alimento. Esse fenômeno é o mais freqüente na natureza. O problema da degradação de resíduos sólidos inicia-se, quando se entende que nenhum organismo possui enzimas capazes de decompor moléculas inexistentes na natureza e que são sintetizadas industrialmente pelo homem. Assim, produtos como plástico, vidro e metal, tendem, cada vez mais, a acumular no meio, acarretando graves problemas para a sociedade e para a própria natureza (Gomes,1989).
Castilhos Jr. (1991) constatou que as variações de composição do percolado são relativamente bem estudadas (as análises físico-químicas destes efluentes dizem respeito à vários parâmetros) todavia, uma composição padrão do percolado é difícil de ser estabelecida e os resultados numéricos que a literatura pode fornecer, são válidos apenas para aterros sanitários.
Hamada (1997) observou que a qualidade do chorume é influenciada pela forma de disposição final dos resíduos, pois a grande maioria dos aterros sanitários, pelo menos no Brasil, não têm correspondência no verdadeiro sentido do termo, onde nestes não existem sistemas de drenagem ou são poucos eficientes, aliados a falta da base impermeabilizada, dificulta sobremaneira uma caracterização real significativa.
Sarubbi (1998) verificou que a composição química do lixiviado varia muito segundo a idade do aterro sanitário e a história prévia no momento de amostragem. Por exemplo, se amostrar o lixiviado durante a fase ácida de decomposição, o pH será baixo e as concentrações de DBO5, DQO, nutrientes e metais pesados serão altas. Por outro lado, se coletar amostras de lixiviado durante a fase de fermentação de metano, o pH estará entre 6,5 e 7,5, e os valores de concentrações de DBO5, DQO e nutrientes serão significadamente mais baixos, e os de metais também serão baixos, porque a maioria dos metais são menos solúveis para valores de pH neutro.
Ainda segundo Sarubbi (1998), a biodegradabilidade do lixiviado varia com o tempo. Pode-se observar a variação da biodegradabilidade do lixiviado mediante o controle da relação DBO5/DQO, inicialmente esta relação está em torno de 0,5 ou mais. Uma relação em torno de 0,4 a 0,6 pode ser indicadora de que a matéria orgânica do lixiviado é facilmente biodegradável. Nos aterros sanitários antigos, a relação DBO5/DQO é pequena, em torno de 0,05 a 0,2. A relação é baixa porque o lixiviado procedente de aterro antigo normalmente contem ácidos húmicos e fúlvicos, que não são facilmente degradáveis.
O Quadro 3 apresenta dados representativos sobre as características do lixiviado em aterros sanitários novos (menos de 2 anos) e antigos (mais de 10 anos), segundo Tchobanoglous*, apud Sarubbi (1998).
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Quadro 3. Valores da composição do lixiviado de aterros sanitários novos e maduros. Constituintes Valores (aterro novo)* Típico * Valores (aterro maduro)*
DBO 2.000-30.000 10.000 100-200
COT 1.500-20.000 6.000 80-160
DQO 3.000-60.000 18.000 100-500
SST 200-2.000 500 100-400
Nitrogênio orgânico 10-800 200 80-120
Nitrogênio amoniacal 10-800 200 20-40
Nitrato 5-40 25 5-10
Fósforo total 5-100 30 5-10
Ortofosfato 4-80 20 4-8
Alcalinidade (CaCO3) 1.000-10.000 3.000 200-1.000
pH 4,5-7,5 6 6,6-7,5
Dureza (CaCO3) 300-10.000 3.500 200-500
Cálcio 200-3.000 1.000 100-400
Magnésio 50-1.500 250 50-200
Potássio 200-1.000 300 50-400
Sódio 200-2.500 500 100-200
Cloro 200-3.000 500 100-400
Sulfato 50-1.000 300 20-50
Ferro total 50-1.200 60 20-200
(Sarubbi,1998). * valores em mg/L, exceto pH. Nota: Consultar lista de abreviaturas.
mostra a variação na composição do lixiviado de um aterro sanitário, conforme Cotrim*, apud Bidone e Povinelli (1999).
Figura 1. Variação na composição do lixiviado de aterros sanitários . (Bidone e Povinelli,1999).
4.2.2 Produção de efluentes líquidos em aterro sanitário
O volume de líquido percolado é representado como os fenômenos físicos da percolação em um maciço homogêneo constituído por um material poroso. Da água que precipita sobre o aterro, parte é devolvida à atmosfera pela evapotranspiração, parte escoa superficialmente e o restante se infiltra, podendo ficar retida na camada de cobertura ou produzir um fluxo de percolação quando for atingida a saturação desta camada (Fuzaro,1990).
A infiltração da precipitação através do solo, é um processo natural, e faz parte do ciclo de recarga do lençol freático; a percolação, é a infiltração de água através do
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lixo, carreando com ela, as substâncias solúveis suspensas no mesmo; e a lixiviação é a operação que separa certas substâncias, contidas no lixo, por meio de lavagem ou de percolação (Schalch,1984). A Figura 2 mostra o fluxo da água em um aterro sanitário.
Figura 2. Fluxo da água em um aterro sanitário. (Rocca et al.,1993).
contaminação da água subterrânea; segundo, é que, em tais circunstâncias, o nível de água contaminada, pode alcançar o topo da escavação, com a conseqüente dispersão lateral e possível ameaça às fontes da superfície.
A quantidade de efluente líquido produzido em um aterro sanitário depende de vários fatores (Torres et al.,1997), como:
• condições meteorológicas do local (umidade, precipitação, evaporação, temperatura e ventos);
• geologia e geomorfologia (escoamento superficial e/ou infiltração subterrânea, grau de compactação e capacidade do solo em reter umidade);
• condições de operação do aterro (conformação e cobertura das células, grau de compactação dos resíduos, tipo de equipamento, recirculação do percolado);
• idade e natureza dos resíduos sólidos (tipo, umidade, nível de matéria orgânica, características);
• topografia (área e perfil do aterro);
• qualidade e quantidade de recicláveis e hábitos da população.
Rocca et al.(1993) citam que o volume do efluente líquido pode ser avaliado pelo Método Suíço, pela seguinte expressão empírica:
Q = (1/t). P.A.K onde: Q = vazão média de líquido percolado (L/s);
P = precipitação média anual (mm); A = área do aterro (m2);
t = número de segundos em 1 ano (31.536.000 s);
K = coeficiente que depende do grau de compactação dos resíduos, cujos valores recomendados são os seguintes:
* K = 0,25 a 0,50 para aterros medianamente compactados, com densidade específica aparente dos resíduos de 0,4 a 0,7 t/m3, estima-se uma produção de líquido equivalente de 25 a 50% da precipitação média anual contribuinte à área do aterro;
Ainda segundo Rocca et al.(1993), um método mais preciso e obrigatório utilizado para obras de maior responsabilidade é o Método de Balanço de Água (Balanço Hídrico), que pretende representar os fenômenos físicos da percolação em um maciço homogêneo constituído por um material poroso; como foi mostrado na Figura 2.
Segundo Capelo Neto et al.(1999) este método foi desenvolvido por Fenn e outros* em 1975, e pode ser empregado quando se dispõe de todos os dados necessários para efetuar os cálculos.
O cálculo do balanço de água é feito computando-se mês a mês, durante o período de um ano, os valores dos parâmetros seguintes (Rocca et al.,1993):
• Precipitação (P), devem ser utilizados valores mensais;
• Evapotranspiração Potencial (EP), utiliza valores mensais;
• Escoamento Superficial (ES), os valores mensais de escoamento superficial são obtidos aplicando-se o coeficiente de escoamento superficial (C’) aos valores mensais de precipitação: ES = C’.P
Os valores do coeficiente de escoamento superficial (C’) são: Tipo de solo Declividade Coeficiente C’
estação seca estação úmida Arenosos 0 a 2% 0,17 0,34
2 a 7% 0,34 0,50 Argilosos 0 a 2%, 0,33 0,43 2 a 7%, 0,45 0,55
• Infiltração (I), calculada através da expressão: I = P - ES
• Diferença entre as quantidades de água infiltrada e evapotranspiração (I - EP), pode assumir valores positivos e negativos (um valor negativo significa perda potencial de água armazenada no solo, e um valor positivo indica a recarga dessa água e percolação, quando atingida a capacidade de campo do solo);
• Perda potencial de água acumulada [∑ NEG (I - EP)], é calculado somando-se, mês a mês, os valores negativos de (I - EP); os valores começam a serem adicionados a partir de um valor nulo de (I - EP) atribuído ao último mês que apresente valor positivo de (I - EP), pois no fim da estação úmida o solo encontra-se na sua capacidade de campo;
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• Armazenamento de água no solo (AS), o valor inicial é a água disponível na capacidade de campo, para a camada de cobertura (ASc), obtido multiplicando-se a água disponível por metro de solo pela profundidade da zona de raízes (adota-se 0,60m); água disponível para solos arenosos = 150 mm H2O/m de solo e para solos argilosos = 250 mm H2O/m de solo.
• Troca de armazenamento de água no solo (∆ AS), representa a variação da quantidade de água armazenada no solo, mês a mês; é a diferença entre a quantidade de água armazenada
em um mês e a armazenada no mês anterior. ∆ AS = Asn - Asn-1
• Evapotranspiração Real (ER), é a quantidade real de perda de água durante dado mês, para os meses em que a infiltração é maior que a evapotranspiração potencial (I-EP>0), a evapotranspiração ocorre no seu máximo nível, sendo que ER=EP; nos meses em que a infiltração é menor que a evapotranspiração (I-EP<0), a ER é condicionada ao grau de umidade do solo, podendo ser determinada por: ER=EP+[(I-EP)-∆AS]
• Percolação (PER), é calculada por: PER=P-ES-∆AS-ER
• Vazão mensal (QM), é calculada por: QM = (PER. ACONT)/2592000 onde: QM = vazão mensal de líquido percolado (L/s);
PER = altura mensal percolada (mm);
ACONT = área de contribuição da seção considerada (m2).
Orth e Di Creddo (1999) estudando a recuperação ambiental do lixão de Carapicuíba/SP, em operação desde os anos 70, com área (ACONT) de 75.000 m2, calcularam o volume de percolado pelo método do balanço hídrico; obtiveram uma altura mensal, média, percolada (PER) de 32,2 mm e uma vazão (QM) de percolado de 0,93 L/s; e concluíram que existe geração significante de percolado somente nos meses de janeiro a março, outubro e dezembro, totalizando 161,1 mm (nestes cinco meses).
utilização de modelos importados é mais cara que se imagina e não são tão eficientes como se espera; sugerindo, então, que seja desenvolvido um modelo que consiga predizer com maior precisão o volume de percolado gerado em áreas com balanço hídrico deficiente.
Torres et al.(1997) concluíram que o lixiviado tem características bem diferenciadas com relação aos períodos climáticos, situação esperada devido ao efeito da presença ou ausência de chuva (verão ou inverno), resultando em resíduos do período seco com concentrações muito maior tanto em termos de matéria orgânica como de metais pesados; a chuva provoca significativa diluição do lixiviado e consequentemente aumenta em quantidade neste período.
Ainda conforme Torres et al.(1997), o efluente líquido pode ser monitorado com o objetivo de evitar que cause danos ao meio ambiente. A aplicação de métodos apropriados de manejo desses resíduos líquidos pode reduzir ou controlar a quantidade e a qualidade do percolado gerado em um determinado aterro sanitário. Essas estratégias de manejo podem estar direcionadas para:
• a redução da infiltração, incluindo a aplicação da cobertura diária;
• captação do percolado através de um bom sistema de drenagem e recirculação posterior no aterro sanitário;
• coleta e tratamento por métodos físico-químicos e biológicos em função da composição química, características e graus de estabilização dos resíduos sólidos e idade do aterro.
Ainda Torres et al.(1997), os métodos utilizados na remoção de resíduos líquidos, que podem estar na forma suspensa, coloidal ou dissolvida e serem orgânicos (biodegradáveis ou não) ou inorgânicos, podem ser:
• físicos, quando se baseiam na densidade e características estruturais da matéria a ser removida (sedimentação, filtração, adsorção e osmose-reversa);
• biológicos, baseados em três mecanismos: a oxidação da matéria orgânica para garantir a energia para os processos vitais, a síntese de materiais no citoplasma celular e a assimilação de matéria pela biomassa; e
Para que o tratamento anaeróbio tenha bons resultados, há necessidade de os resíduos estarem isentos de materiais tóxicos. Esses materiais inibidores, vão desde os sais inorgânicos até compostos orgânicos tóxicos. Com os resíduos sólidos urbanos, o maior problema resulta da presença de metais pesados (Schalch, 1984).
4.3 Metais pesados
Segundo Brasil (1988) e Curi et al.(1993), metais pesados são metais que têm densidade maior que 5 g/cm3, como o cádmio (Cd), chumbo (Pb), cobalto (Co), cobre (Cu), crômio (Cr), ferro (Fe), manganês (Mn), mercúrio (Hg), molibdênio (Mo), níquel (Ni), e zinco (Zn), os quais são comumente utilizados na indústria e que podem, se presentes em elevadas concentrações, retardar ou inibir o processo biológico aeróbio ou anaeróbio e ser tóxico aos organismos vivos.
Um termo muito utilizado para identificar os metais pesados são “metais traços” que é um indicativo da quantidade natural dos mesmos, ou seja, metais com ocorrência natural na crosta terrestre, esses são considerados importantes em termos de contaminação ambiental, tendo em vista seus efeitos em organismos vivos (Merbach Jr.,1989).
Quanto à abundância dos elementos químicos na crosta terrestre, uma classificação de alguns metais em função da concentração presente na mesma foi apresentado por Stocker e Seager* apud Damasceno (1996), como é mostrado no Quadro 4.
Conforme Wood** citado por Damasceno (1996), em termos da potencialidade de poluição, os elementos químicos podem ser classificados de acordo com três critérios: 1) não–crítico (Na, K, Mg, Ca, H, O, N, C, P, Fe, S, Cl, Br, F, Li, Rb, Sr, Al, Si); 2) tóxico mas muito insolúvel ou muito raro (Ti, Hf, Zr, W, Nb, Ta, Re, Ga, La, Os, Rh, Ir, Ru, Ba); 3) muito tóxico e relativamente acessível (Be, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Pd, Ag, Cd, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Sb, Bi).
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* STOCKER, H.S., SEAGER, S.L. Metales tóxicos. In: Química Ambiental: contaminación del aire y del agua. Barcelona: Blune, 1981.
Quadro 4. Concentração (mg/kg) de alguns metais na crosta terrestre.
Metais Concentração (mg/kg) Metais Concentração(mg/kg)
Alumínio Ferro Cálcio Sódio Potássio Magnésio Titânio Manganês 81300 50000 36300 28300 25900 20900 4400 1000 Bário Vanádio Crômio Níquel Zinco Cobre Chumbo Berílio Urânio Cádmio Prata Ouro 425 135 100 75 70 39 16 2,8 2,7 0,2 0,07 0,004 (Damasceno,1996).
Ainda conforme Damasceno (1996), citando vários autores, as principais características de alguns metais, são:
Cádmio: com densidade 8,60 g/cm3; é utilizado em indústrias de galvanoplastia, na fabricação de baterias, em tubos de televisores, lâmpadas fluorescentes, utilizado, também, como pigmento e estabilizador de plásticos polivinílicos. As águas não poluídas contêm menos do que 1µg/L de Cd, e no caso de contaminação das águas superficiais, esta se dá por descarga de resíduos industriais e lixiviação de aterro sanitário, ou de solos que recebem lodo de esgoto. As principais vias de exposição ao Cd são os alimentos, a água para o consumo humano, ar, cigarros e exposição industrial. Os efeitos de intoxicação aguda por Cd são muitos sérios, entre eles: hipertensão, problemas nos rins, destruição dos tecidos dos testículos e destruição dos glóbulos vermelhos do sangue. Acredita-se que grande parte da ação fisiológica do Cd é devida a sua similaridade ao Zn; o Cd pode substituir o Zn em algumas enzimas, causando alterações e impedindo a atividade catalítica de tais enzimas.
ar, cigarros. A toxicidade aguda causada pelo Pb provoca várias disfunções nos rins, no sistema reprodutivo, fígado, no cérebro e sistema nervoso central; a vítima pode ter dores de cabeça e dores musculares, sentindo-se facilmente cansada e irritada; a toxidade moderada pode causar anemia.
Crômio: com densidade de 7,19 g/cm3; é usado na fabricação de ligas metálicas empregadas na indústrias de transporte, construções e fabricação de maquinários, na fabricação de tijolos refratários; utilizado, também, na industria têxtil, fotográfica e de vidros.
Os níveis de Cr na água, geralmente, são baixos (9,7µg/L), embora níveis maiores já tenham sido relatados como conseqüência do lançamento nos rios de resíduos contendo este metal. O Cr (III) é um cátion essencial ao ser humano, que se mostra necessário para o metabolismo da glicose, lipídeos e para a utilização de aminoácidos em vários sistemas; parece ser necessário, também, para a prevenção de diabete e arteriosclerose. As principais vias de exposição ao Cr são água para consumo humano, alimentos, ar, cigarros. A forma hexavalente do Cr é reconhecida como carcinogênica, causando câncer no trato digestivo e nos pulmões, podendo causar, também, dermatites e úlceras na pele e nas narinas; a níveis de 10 mg/kg de peso corporal o Cr6+ pode causar necroses no fígado, nefrites e morte, e a níveis inferiores podem ocorrer irritações na mucosa gastrointestinal.
Níquel: com densidade de 8,90 g/cm3; é utilizado na produção de ligas, na industria de galvanoplastia, na fabricação de baterias juntamente com o Cd (baterias Ni-Cd), em componentes eletrônicos, produtos de petróleo, pigmentos e como catalisadores para hidrogenação de gorduras. Problemas significantes de contaminação de águas com Ni estão associados com a descarga de efluentes industriais contendo altos níveis desse metal;
Zinco: com densidade de 7,14 g/cm3; é empregado na galvanização de produtos de ferro; utilizado em baterias, fertilizantes, lâmpadas, televisores e aros de rodas; componentes de Zn, são usados em pinturas, plásticos, borrachas, em alguns cosméticos e produtos farmacêuticos. O Zn é um elemento essencial, com uma média diária necessária de 10 a 20 mg; tem uma função na síntese e metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos e na divisão mitótica das células. Este metal tende a ser menos tóxico que os outros metais pesados, porém, os sintomas de toxicidade por Zn são vômitos, desidratação, dores de estômago, náuseas, desmaios e descoordenação dos músculos. O Zn mostra uma relação fortemente positiva sobre o Cd, a hipertensão induzida pelo Cd pode ser reduzida pelo Zn.
E as características do mercúrio, citadas por Manahan (1994), são: densidade de 13,546 g/cm3; é utilizado em baterias, termômetros, fungicidas, amalgama dentário e produtos farmacêuticos. Efluentes de esgoto industriais às vezes podem conter até 10 vezes o nível de Hg encontrado em águas naturais. As vias de absorção do Hg são inalação de vapores, ingestão e absorção cutânea. Os efeitos toxicológicos de Hg são neurológicos, incluindo irritabilidade, paralisia, cegueira e loucura; quebra de cromossomos e defeitos de nascença.
4.3.1 Metais pesados nos RSU e efluentes líquidos
coleta e da amostragem dos resíduos e do método de análise química. Onze frações que contêm metais pesados foram selecionados: plásticos, pilhas, vidros, metais, papel, madeira, borracha, couro, trapos, matéria orgânica + finos (com granulometria até 20 mm, estes finos são uma fonte importante de metais pesados nos resíduos). Ainda conforme o autor, os resultados da estimativa dos teores totais (mg/kg) dos íons de metais pesados nos resíduos urbanos brasileiro foi a seguinte: 0,2 (Hg); 3,0 (Cd); 224,5 (Pb); 316,0 (Zn); 156,0 (Cu); 12,0 (Ni) e 68,0 (Cr).
Castilhos Jr. (1989) concluiu que por causa da contaminação pelos finos, fontes de metais pesados, a fração matéria orgânica aparece como a fonte principal dos metais pesados (Ni, Hg, Cu, Pb, Zn); os plásticos aparecem como principal fonte de Cd nos resíduos; o Pb e o Cu se manifestam em quantidades importantes nos metais ferrosos; o papel é uma fonte de Pb.
Com relação as pilhas/baterias, o autor não cita as proporções de metais pesados pois não foi estimado por falta de dados. Porém, D’Almeida et al.(1995) citam que as pilhas são classificadas de acordo com seus sistemas químicos, podendo haver em cada um deles mais de uma categoria, por exemplo, tipos de pilhas, como: zinco carvão, alcalinas de manganês, lítio, óxido de mercúrio, óxido de prata, zinco ar, níquel cádmio e chumbo-ácido, onde o teor de mercúrio nas pilhas de zinco carvão é de 0,006% e nas alcalinas de 0,025%; mas o mercúrio não é o único elemento tóxico encontrado nas pilhas, dependendo da sua natureza, podem conter zinco, chumbo e cádmio.
Conforme D’Almeida e Sena (2000), o problema do descarte de pilhas e baterias, no Brasil, foi equacionado pelas Resoluções CONAMA no 257/99 e no 263/99, que tem força de lei.
O conceito de toxicidade - medida relativa ao efeito nocivo de uma substância sobre o organismo (Brasil,1988), é relativo, pois uma substância pode ser considerada tóxica, por exemplo, para um pequeno curso de água, e apresentar um comportamento totalmente diferente a uma grande massa de água; uma substância poderá ser tóxica dependendo de sua concentração, tempo de exposição, solubilidade e dos efeitos sinérgicos ou antagônicos que possa produzir (Merbach Jr, 1989).
A ocorrência de metais pesados em percolados de aterros sanitários é função de uma formação complexa com compostos orgânicos e espécies carbônicas, além do pH (o valor de pH elevado pode influenciar a toxicidade de algumas substâncias como a amônia, sulfeto e metais traços, presentes no chorume); os metais como Ni, Cu, Cd, e Pb aparecem em percolados com baixas concentrações, e o Fe é o elemento que comparece em maior quantidade (geralmente na forma ferrosa), em seguida o Zn, segundo Johansen et al.* apud Merbach Jr.(1989).
Conforme Alves et al.(2000), temperaturas elevadas na disposição final de RSU podem ocasionar a formação de sais contendo metais, pois muitos íons são solúveis em água em elevadas temperaturas. Existem íons que podem ser arrastados pelo líquido que percola pela massa dos resíduos. O Quadro 5 mostra exemplos de alguns íons e suas possíveis fontes.
Quadro 5. Alguns íons e suas possíveis fontes nos RSU.
Íons Possíveis fontes
Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Material orgânico, entulhos de construção e casca de ovos. PO43-, NO3-, CO32-, Material orgânico.
Cu2+, Fe2+, Sn2+ Material eletrônico, latas e tampas de garrafas. Hg2+, Mn2+ Pilhas comuns e alcalinas e lâmpadas fluorescentes. Ni2+, Cd2+, Pb2+ Baterias recarregáveis.
Al3+ Latas, utensílios domésticos, cosméticos e embalagens laminadas em geral. Cl-, Br-, Ag+ Tubos de PVC, negativos de filmes e raio X.
As3+, Sb3+, Crx+ Embalagens de tintas, vernizes e solventes orgânicos. (Alves et al.,2000).
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Santos (1996) estudou a contaminação por percolado do lixão controlado do Jockey Clube no DF, com área total de 1.350.000 m2, com operação há quase 30 anos e recebendo 1.200 t/dia de resíduos; para as coletas das amostras foi utilizado um sistema de pedra porosa (4 lisímetros de sucção) localizados na área do depósito de resíduos, instalados com profundidade de 3 m, onde os metais pesados foram analisados pelo aparelho Espectrofotômetro de emissão atômica com fonte de plasma (ICP/AES). Concluiu que os elementos Cd e Ni apresentaram elevadas concentrações, e baixas concentrações para o Cr e Zn, quando comparáveis com os limites máximo permitido para água potável. O Quadro 6 mostra alguns parâmetros determinados no percolado do lixão controlado.
Sisinno e Moreira (1996) avaliaram a poluição/contaminação do lixão controlado Morro do Céu em Niterói/RJ, sendo operado desde 1983, com área total de 95.000 m2 e recebendo aproximadamente 550 t/dia de resíduos; as determinações das concentrações dos metais foram realizadas por ICP/AES e/ou por espectrofotometria de absorção atômica na chama (EAA). Concluíram que as concentrações dos metais estudos estão abaixo dos valores máximos estabelecidos pela NT-220/79 da Feema/RJ. As baixas concentrações dos íons metálicos encontrado podem ser atribuídas a baixa solubilidade de vários destes metais nas condições prevalentes (pH alcalino, elevado teor de matéria orgânica, redução de sulfato), uma vez que podem precipitar como hidróxidos e/ou como sulfetos, os mecanismos de retenção pelo solo, sedimentos e material em suspensão, à complexação dos metais com a matéria orgânica etc. O Quadro 6 apresenta alguns parâmetros determinados.
Torres et al.(1997) verificaram a tratabilidade biológica (em reatores aeróbio e anaeróbio) do chorume produzido no lixão de Palmira na Colômbia, com área total de 45.000 m2, sendo operado desde 1990, recebendo 5.600 t/dia de resíduos. Os parâmetros determinados do lixiviado são referentes ao período chuvoso e período seco respectivamente, e estão representados no Quadro 6.
estabelecidas pela Fepam/RS, com concentrações superiores aos limites máximos estabelecidos pela legislação. O Quadro 6 apresenta alguns dos parâmetros determinados.
Oliveira e Mota (1998) caracterizaram o percolado do lixão da cidade de Fortaleza/CE, que recebe diariamente 3.300 toneladas de resíduos; o ponto de coleta do percolado foi localizado na “lagoa” formada na base do lixão, e as análises de metais pesados foram feitas por espectrofotometria. Concluíram que, com exceção do níquel, todos os traços inorgânicos analisados encontram-se fora dos padrões estabelecidos pela legislação (CONAMA no 20/86) para efluentes a serem lançados nos corpos d’água. O Quadro 6 mostra parâmetros determinados no percolado do referido lixão.
Paschoalato et al.(2000) caracterizaram o líquido percolado gerado no aterro sanitário de Dumont em Ribeirão Preto/SP, operado desde 1990; onde as coletas foram realizadas na caixa de acúmulo de chorume, localizada na parte baixa do terreno no aterro. O Quadro 6 mostra o resultado de alguns parâmetros determinados.
Segato e Silva (2000) caracterizaram o chorume do aterro sanitário de Bauru/SP, em operação desde 1994, com área total de 80.000 m2. As amostras do lixiviado foram coletadas diretamente no tanque de armazenamento do chorume antes do bombeamento para a lagoa; e os metais pesados foram analisados por espectrofotometria. O resultado de alguns parâmetros determinados são mostrados no Quadro 6.
Quadro 6. Parâmetros determinados no efluente líquido em várias disposições finais de RSU.
Parâmetros* Lixão 1 Lixão 2 Lixão 3 Aterro 4 Lixão 5 Aterro 6 Aterro 7
pH 7,4 - 7,7 8,0 6,8 - 7,4 5,7 - 8,4 8,5 7,9 6,9 - 8,2
DBO (-) 4.000 (-) 99 - 26.799 409 400 (-) DQO (-) 11.500 112 - 34.400 588 - 49.680 6.027 2.220 60.000 - 96.000
Sólidos Totais (-) (-) 968 - 33.535 (-) 15.555 8.190 (-) S.T.Dissolvidos 5.710 - 6.720 (-) 778 - 17.135 (-) (-) (-) (-)
Amônia 905 - 955 (-) (-) (-) 526 (-) (-) Nitrato 120 (-) (-) (-) 160,5 68,8 550 - 1.750 Nitrito (-) (-) (-) (-) 6,08 3,70 7 - 20 Cádmio 0,026 - 0,051 <0,002-<0,005 <0,001- 0,057 <0,003 - 0,216 (-) (-) (-) Níquel 0,152 - 0,247 0,10 - 0,14 < 0,005 0,063 - 2,330 1,48 0,242 (-) Zinco 0,063 - 0,167 0,67 - 0,68 0,109 - 5,505 0,081 - 3,215 13,68 0,743 0,175 - 0,260 Crômio total 0,039 - 0,050 0,15 - 0,18 <0,003- 0,591 0,003 - 0,325 0,84 0,152 (-) Chumbo (-) 0,13 - 0,19 < 0,01 <0,026 - 5,716 nd 0,079 (-)
1Santos (1996); 2Sisinno e Moreira (1996); 3Torres et al.(1997); 4Pessin et al.(1997); 5Oliveira e Mota (1998); 6Paschoalato et al.(2000); 7Segato e Silva (2000).
* valores em mg/L, exceto pH;
nd = não detectado; (-) = não analisado.
Quadro 7. Parâmetros estabelecidos para efluentes a serem lançados nos corpos d’água.
Parâmetros Valores Parâmetros Valores
pH entre 5 a 9 Ferro solúvel 15,0 mg/L Fe
Temperatura inferior a 40oC Fluoretos 10,0 mg/L F
Óleos minerais até 20 mg/L Manganês solúvel 1,0 mg/L Mn Óleos vegetais/gorduras até 50 mg/L Mercúrio 0,001 mg/L Hg
Amônia 5,0 mg/L N Níquel 2,0 mg/L Ni
Arsênico total 0,5 mg/L As Prata 0,1 mg/L Ag
Bário 5,0 mg/L Ba Selênio 0,05 mg/L Se
Boro 5,0 mg/L B Sulfetos 1,0 mg/L S
Cádmio 0,2 mg/L Cd Sulfitos 1,0 mg/L SO3
Cianetos 0,2 mg/L CN Zinco 5,0 mg/L Zn
Chumbo 0,5 mg/L Pb Compostos organofosforados 1,0 mg/L em Paration
Cobre 1,0 mg/L Cu Sulfetos de carbono 1,0 mg/L
Crômio hexavalente 0,5 mg/L Cr Tricloroeteno 1,0 mg/L
Crômio trivalente 2,0 mg/L Cr Clorofórmio 1,0 mg/L
Estanho 4,0 mg/L Sn Tetacloreto de carbono 1,0 mg/L
Índice de fenois 0,5 mg/L C6H5OH Dicloroeteno 1,0 mg/L (Brasil,1994).
Os efeitos nocivos à saúde dos metais pesados em percolados, não se encontram limitados somente à ingestão de águas contaminadas, mas igualmente podem ocorrer através de cadeia alimentar, pela ingestão de organismos contaminados, tais como peixes, plantas aquáticas, entre outros, que seria o mecanismo de ação nos seres vivos da bioacumulação (Merbach Jr.,1989).
Na Resolução CONAMA 20/86 (artigos 4o ao 6o), são estabelecidos os limites de alguns parâmetros para classes de águas doces, como mostra o Quadro 8.
A classificação de águas doces, segundo seus usos preponderantes, conforme artigo 1o da mesma Resolução, é a seguinte:
Classe 1 - águas destinadas:
a) ao abastecimento doméstico após tratamento simplificado; b) à proteção das comunidades aquáticas;
c) à recreação de contato primário (natação, esqui aquático e mergulho);
