AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE GÁS DE AMOSTRAS
DE RSU EM LABORATÓRIO
Aluno: Camila Rossi Bergmann Orientador: Tácio Mauro Pereira de Campos Co-Orientadores: Denise Maria Mano Pessoa; Thais Cristina Campos de Abreu 1. Introdução
A crise iniciada em 1973 fez com que o interesse mundial no investimento em alternativas ao petróleo aumentasse.
Tais questões suscitaram no Brasil o desenvolvimento de muitos projetos relacionados a fontes energéticas alternativas, tais como energia solar, eólica, produção de biomassa e produtos biológicos como o álcool proveniente da fermentação da cana-de-açúcar (pró-álcool) e o biogás como aproveitamento energético do lixo. A coleta de biogás de aterros sanitários no Rio de Janeiro chegou a corresponder a 3% do gás natural distribuído pela Companhia Estadual de Gás do Rio de Janeiro (CEG). Mesmo com a subsequente estabilidade do preço do petróleo e com a diminuição temporária do empenho pelo estudo de fontes alternativas de energia, nas últimas décadas a conscientização da necessidade da diminuição progressiva do uso de recursos não renováveis e os incentivos financeiros promoveram a volta do interesse em pesquisas para implantação de fontes de energia limpa e renováveis.
A preocupação com o meio ambiente levou os países da Organização das Nações Unidas a estipularem uma forma de controle sobre as intervenções humanas no clima. Assim, em 1999 foi assinado o “Protocolo de Kyoto”, acordo internacional, que determinou uma cota máxima de emissão de gases causadores do efeito estufa, estabelecendo metas de redução da emissão de gases poluentes para os países desenvolvidos. Para não comprometer as economias desses países, o protocolo determinou que parte desta redução poderia ser feita através de negociação com nações por mecanismos de flexibilização. Um destes mecanismos é o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), através do qual países que, como o Brasil, não são obrigados a cumprir essas metas, podem desenvolver projetos que reduzam a quantidade de gases de efeito estufa (GEE) que são lançados na atmosfera e vender uma cota de emissão para países desenvolvidos. Essas cotas são denominadas Créditos de Carbono ou Redução Certificada de Emissão (RCE). Uma RCE corresponde a uma tonelada de Dióxido de carbono equivalente. Por causa dessas metas, criou-se o comércio de emissões que consiste na compra e venda de cotas de emissão de gás carbônico.
Partindo-se do princípio que o gás metano tem um potencial para o aquecimento global 21 vezes maior que o do gás carbônico, o uso desse gás como fonte de combustível é interessante do ponto de vista da sustentabilidade porque, além de ser alternativa ao uso do petróleo, quando oxidado a gás carbônico, possibilita negociações com venda de créditos de carbono, em relação ao gás carbônico emitido para a atmosfera em vez de metano. Isso faz com que projetos de aproveitamento do biogás produzido em aterros sanitários sejam classificados como MDL e gerem créditos de carbono, economicamente interessante a sua implantação.
1.1.Biogás
O biogás é um combustível gasoso, com alto poder calorífico, constituído por aproximadamente 55 a 70% de metano, 30 a 45% de gás carbônico e de traços de nitrogênio, oxigênio, hidrogênio e gás sulfídrico. Não tem cheiro, cor, nem sabor, mas o
biogás apresenta um leve odor desagradável devido alguns gases presentes em sua composição.
O gás metano, principal constituinte do biogás, é obtido sob condições anaeróbicas, a partir da degradação em da matéria orgânica de resíduos sólidos dispostos em aterros sanitários ou presentes em sistemas de tratamentos anaeróbicos de efluentes industriais e de esgoto sanitário.
O conhecimento dos processos de produção do gás metano é essencial para o aproveitamento de energia. As vias metabólicas dessa produção utilizam proteínas, carboidratos e lipídeos para a conversão em metano por meio de várias reações sequenciais. Farquahar & Rovers identificaram, em 1973, os processos envolvidos na degradação anaeróbia, convencionando-se, a título didático, de apresentá-los em 4 etapas, sendo elas a hidrólise; acidogênese; acetogênese; e metanogênese.
Durante a fase metanogênica o metano é produzido pelas arqueias metanogênicas por duas vias metabólicas principais: a hidrogenotrófica e a acetotrófica (ou acetoclástica). As arqueias hidrogenotróficas são autótrofas e reduzem o CO2 (gás carbônico) a CH4 (gás metano) usando H2 como doador de elétrons e liberando H2O. As arquéias acetoclásticas são heterótrofas, produzindo o CH4 e CO2 a partir da utilização e transformação do acetato.
Com o objetivo de conhecer melhor as transformações que resultam na produção de CH4 e CO2 e avaliar a biodegradabilidade sob condições aeróbicas e anaeróbicas e o potencial de geração de gás durante a decomposição anaeróbica da matéria orgânica pesquisadores desenvolveram diferentes ensaios [1].
Alguns ensaios se propõem a avaliar a biodegradabilidade de polímeros orgânicos e de resíduos sólidos urbanos (RSU) pela determinação do consumo de oxigênio ou pelo dióxido de carbono produzido durante o ensaio de respiração [2].
Uma modificação da técnica desenvolvida por Warburg vem sendo utilizada com o uso de diferentes amostras como substrato ou presença de solução de nutrientes [1]. O procedimentos conhecidos como Potencial Bioquímico de Metano (Biochemical Methane
Potential – BMP) etambém ensaios de incubação [2] consistem no monitoramento da
formação de biogás gerado a partir da biodegradabilidade da matéria utilizada como substrato. Ambos ensaios são baseados nas medidas da produção de metano através degradação da matéria orgânica gerada pela ação da biomassa metanogênica sob condições anaeróbicas.
2. Objetivos
O objetivo deste trabalho é avaliar a produção de gás metano a partir de amostras de resíduos sólidos urbanos (RSU) de diferentes idades retiradas do Aterro Metropolitano de Jardim Gramacho.
3. Metodologia
Os materiais retirados do aterro tem idades de 1 e 5 anos de disposição no aterro e foram coletados do aterro controlado de Gramacho, com a ajuda de retro-escavadeira. A seguir serão descritos os passos para a obtenção da amostra, como foram realizadas as caracterizações físicas e químicas e como foi realizado o ensaio de geração de gás. Para o ensaio de geração de gás foi necessária a utilização de lodo (ativado) proveniente de uma estação de esgoto, conforme será descrito posteriormente.
3.1.Retirada do RSU
Para a retirada do material do campo, foi necessário remover primeiramente o sistema de cobertura com ajuda de um maquinário (retro-escavadeira) a fim de atingir o
material a ser amostrado, que estava no subsolo. O material retirado pela caçamba da retro-escavadeira foi disposto na superfície da camada de cobertura do aterro. Deste material foram retiradas as amostras utilizadas nos ensaios e evitou-se coletar os resíduos de dimensões muito grandes. A coleta foi efetuada manualmente, como visto na Figura 1.
Figura 1 - Coleta do resíduo de 1 ano.
Embora as idades dos resíduos sejam distintas, a profundidade não variou e foi de aproximadamente 1 metro, condição apenas para retirada do material de cobertura e da primeira camada de resíduo que possui contato direto com o solo. É importante ressaltar tal condição de amostragem, pois, para a avaliação dos resultados, não se pode considerar que estes resíduos apresentam-se dispostos num perfil de subsolo.
O resíduo foi acondicionado em sacos plásticos, previamente identificados com a idade, seção e cota do aterro onde os resíduos foram aterrados. Esses sacos plásticos foram colocados em bombonas (tambores/galões) com tampas e levados ao Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio e imediatamente postos sob refrigeração.
3.2.Obtenção do Lodo
O lodo foi empregado como um inóculo de bactérias metanogênicas e é um item indispensável para a realização do experimento de geração de gás. Ele foi obtido de um sistema de tratamento de esgoto municipal resultante do final do processo de purificação da água. O lodo foi retirado de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (RAFA) em que se utiliza um processo de tratamento biológico através do crescimento bacteriano disperso e de manta de lodo (chamado de reator UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket).
3.3.Características Físicas dos RSU 3.3.1. Composição gravimétrica
A separação do material coletado foi iniciada no dia posterior da coleta em campo em capela de exaustão, com a superfície interna coberta com papel tipo cartão de cor branca. Os resíduos foram colocados em recipientes de vidro, homogeneizados e quarteados.
O quarteamento é a divisão da massa de resíduo em quatro partes iguais, onde duas partes vis-a-vis (ou seja, opostas diametralmente) são tomadas como amostra e as outras duas são novamente colocadas nos sacos plásticos com suas identificações e levadas ao freezer. Os resíduos quarteados foram picotados com tesouras em tamanhos de aproximadamente 1 cm² e submetidos à análise, propriamente dita, da composição gravimétrica. Assim, os resíduos foram classificados segundo sua reatividade e biodegradabilidade [3], como visto na Tabela 1.
A segregação atingiu a ordem de grupos, sendo que as categorias não foram separadas, e sim agrupadas. Assim, separarmos em: massa orgânica (Grupo I e II), inerte (Grupo III) e não identificáveis tanto para os resíduos de 1 ano quanto os de 5 anos, como pode ser visualizado nas Figuras 2 e 3.
Figura 2 – Separação do RSU de 1 ano.
Figura 3 – Separação do RSU de 5 anos.
Após a separação das amostras nestes grupos eles foram novamente armazenados em sacos plásticos, identificados e guardados na geladeira para as caracterizações seguintes.
Tabela 1 – Modelo para segregação da composição gravimétrica do RSU.
Definição Grupo Categoria Exemplos
Identificável
Grupo III Inertes ou pouco
biodegradável
Vidro Embalagens, espelho, superfícies vítreas Metal ferroso Arames, peças, lâminas
Metal não ferroso Embalagens de alumínio, fios de cobre Plástico fino
(macio) Sacos plásticos
Plástico duro Garrafas, PET, tampas e embalagens plásticas Entulho Entulhos de construção civil, pedras
Outros
Material de higiene pessoal (fraldas descartáveis, absorventes), palhas de aço, parafinas, drogas farmacêuticas, látex (borrachas, preservativos, películas), peças de couro e derivados de petróleo (isopor, espumas)
Grupos II Lentamente biodegradáveis
Papel Papel de escritório, jornais, revistas, embalagens de alimentos, papel higiênico Papelão Embalagens de papelão
Tetra Pak Embalagens de sucos e leite Tecidos Roupas, trapos
Madeira Peças de madeira, mobílias Grupo I
Rapidamente biodegradáveis
Matéria orgânica
putrescível Restos de alimentos, tecido animal morto Podas Folhas, galhos, restos da capina
Ossos Ossos de animais Não
3.3.2. Teor de umidade
A determinação do teor de umidade foi feita com base na norma NBR 6457/1986. Ele pode ser expresso em relação de volume (unidade volumétrica) ou de massa (unidade volumétrica). O último foi o método utilizado neste trabalho que constará a relação expressa entre massa de líquido e a massa total de sólidos. O ensaio foi realizado tanto para as amostras de RSU como para o lodo com microrganismos anaeróbios como também para todas as classes separadas de RSU.
Inicialmente, as amostras, tanto de RSU quanto de lodo, foram colocadas em cápsulas de alumínio, numeradas e previamente pesadas. Em seguida estas cápsulas foram pesadas e levadas para a estufa a uma temperatura entre 105 e 110 °C, até a constância de massa. Depois de retirada da estufa, espera-se esfriar a superfície da cápsula, com a mesma tampada, evitando absorção de umidade ambiente ao material, e obtêm-se o peso seco. Assim, o teor de umidade pode ser calculado como:
100 ⋅ − = f f i M M M w
onde w é o teor de umidade [%]; Mi é o peso da cápsula com resíduo no estado inicial, ou seja, úmido [g]; e Mf é o peso da cápsula com resíduo após a secagem [g].
3.4.Características Químicas 3.4.1. . Matéria Orgânica
A determinação do teor de matéria orgânica (M.O.) foi feita com base na norma NBR 13600/1996 com adaptações. A caracterização foi realizada tanto para as classes de massa orgânica e não-identificados quanto para o lodo e com isto, totalizando 5 ensaios desta determinação. Esta determinação está baseada num método analítico gravimétrico, no qual a quantidade de matéria orgânica total existente numa amostra é obtida pela diferença entre a massa da amostra inicial e a amostra submetida a queima. Durante este procedimento, a matéria orgânica é oxidada pelo oxigênio atmosférico, gerando dióxido de carbono e vapor de água. Como ambos os produtos são gasosos, a perda de massa é representada como a quantidade de matéria orgânica existente na amostra que foi oxidada.
Assim, após a execução da secagem das amostras para a determinação do teor de umidade, os materiais secos foram passados para cadinhos de porcelana (previamente pesados e identificados) e em seguida introduzidos na mufla a temperatura de 440 ± 5 °C por um período de 5 horas[4] [5]. O teor de matéria orgânica do composto foi definido pela diferença de massa no início e no final do ensaio.
100 1 ⋅ − = A B MO
onde MO é o teor de matéria orgânica [%]; A é a massa da amostra seca em estufa, à temperatura de 105 a 110 °C [g]; e B é a massa da amostra queimada em mufla, à temperatura de 440 ± 5 °C [g].
3.4.2. Resíduos voláteis
O teor de sólidos e voláteis foi conduzido segundo Who (1979), com modificações [6]. Foi utilizado o material que restou nos cadinho após ter sido feita a determinação de M.O.. Eles foram levados a uma mufla, com temperatura de 550 °C, por
3 horas, e depois de resfriado foi determinado o seu peso. O valor de sólidos voláteis (SV) se calculada da seguinte maneira:
100 1 1 ⋅ − = P Pf P SV
onde P1é o peso inicial [g]; e Pf é o peso final [g]. 3.5.Formação de gás
O ensaio para a formação de gás que foi adotado é o que melhor representa as condições do aterro, ou seja, que levam em consideração as condições anaeróbias. Assim, o procedimento para o ensaio de formação de gás foi baseado na metodologia alemã GB21 que tem o mesmo princípio do ensaio BMP e foi adaptado às condições do laboratório de Microbiologia do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio.
O grupo de amostras utilizado para tal ensaio foi o de “massa orgânica”, já que no aterro os gases gerados provem principalmente da degradação desta classe. As outras classes de inertes e não identificáveis não resultam geração significativa de gás.
Para as determinações dos gases produzidos, um equipamento como mostrado na figura 4 foi utilizado. Ele consiste num eudiômetro (A) com volume de 400 ml, que é graduado de cima para baixo e de baixo para cima com uma escala de graduação de 5 ml, e é encaixado em um frasco de reagente (B) de 500 ml onde ocorre a produção de gás. Um tubo flexível de silicone faz a conexão entre o eudiômetro e um recipiente (C) que contém um líquido cor de rosa seguindo o princípio dos vasos comunicantes, ou “Lei de Stevin”. O gás formado entra no eudiômetro e movimenta este líquido sendo possível analisar o volume gerado. Uma válvula no topo do eudiômetro é usada para a remoção da amostra de gás (expurgo) e ajustar o ponto zero.
No frasco (B) foram inseridos 50 g da amostra de massa orgânica, 50 ml de lodo e completado com água destilada até a marca de 300 ml. Ele foi mantido mergulhado em um banho-maria a uma temperatura de 25 ºC, no escuro. Para isto, o frasco foi envolto com papel alumínio. O eudiômetro foi encaixado no frasco com a válvula no topo aberta para que fosse ajustado o ponto-zero, no caso, 350 ml (na escala de baixo para cima). Em seguida, a válvula foi fechada e a conexão entre o frasco e o eudiômetro foi impermeabilizada com silicone para evitar qualquer tipo de vazamento.
Os testes tiveram duração de 21 dias, sendo estendida em alguns dias para que fosse analisado o equilíbrio na geração de gás. Durante esses 21 dias, foram feitas anotações do tempo e volume de gás gerado.
4. Resultados
Serão apresentadas características do resíduo como a composição gravimétrica, teor de umidade que foi dividido em 3 subitens (RSU 1 ano; RSU 5 anos; e lodo), teor de matéria orgânica e sólidos voláteis que também serão divididos nos mesmos subitens.
4.1.Características Físicas
Nesta seção serão apresentados os resultados da caracterização física dos resíduos e do lodo.
4.1.1. Composição gravimétrica
Conforme Tabela 1, foram definidos classes de resíduos para a separação. O RSU foi separado em duas classes: identificáveis e não-identificáveis e esses agrupados em dois grupos, ao invés dos três propostos. Os grupos foram chamados de “inertes” (que compreende o grupo III da Tabela 1) e de “massa orgânica” (que compreende aos grupos I e II da Tabela 1).
Para os 3.948 g de resíduos da fração de 1 ano foram obtidos 2.229 g de material da classe dos identificáveis e 1.288 g de material da classe dos não-identificáveis. Da classe dos identificáveis 1.160 g (29,4 % do total) eram do grupo de “massa orgânica” e 1.069g (27,0% do total) do grupo chamado de “inertes”.
Pata os de 9.761 g de resíduos de 5 anos de idade foram obtidos 5.131 g de material da classe dos identificáveis e 4.630 g de material da classe dos não-identificáveis. Da classe dos identificáveis, 1.550 g (15,9 % do total ) eram do grupo chamado de “massa orgânica” e 3.582 g ( 36,7%) do grupo chamado de “inertes”.
4.1.2 Teor de umidade RSU 1 ano
O teor de umidade do resíduo com idade de um ano foi obtido considerando-se toda a massa deste resíduo, sem segregação, chamado de “resíduo total” (Tabela 2) e também com após a segregação em inerte e “massa orgânica”, como visto nas Tabelas 3 e 4, respectivamente.
A massa de água foi obtida pela subtração entre a massa de material úmido e a massa do material após o processo de secagem.
Tabela 2 – Teor de umidade do resíduo total de 1 ano.
Nº cápsula Massa (g) Umidade (%) Cápsula vazia cápsula + inerte úmido cápsula + inerte seco água inerte seco 104 25,68 61,44 49,77 11,67 24,09 48,4 135 26,00 62,27 49,83 12,45 23,83 52,2 176 27,06 60,38 48,10 12,28 21,04 58,3
Tabela 3 – Teor de umidade do resíduo inertes de 1 ano. Nº Refratário Massa (g) Umidade (%) Refratário vazio Refratário + inerte úmido Refratário + inerte seco
água inerte seco
Inerte 1ano 1288,30 2349,90 2076,90 273,00 788,60 34,6 Tabela 4– Teor de umidade do resíduo “massa orgânica” de 1 ano.
O teor médio de umidade da massa orgânica foi de 108,5 %.
O material que apresentou o maior teor de umidade foi a massa orgânica, o que confirma os resultados apresentados na literatura. O “resíduo total de 1 ano” apresentou teor de umidade inferior ao da massa orgânica e próximo aos inertes, sendo este resultado também esperado, visto que existe o material inerte que absorve uma quantidade bem reduzida de água. Os resíduos não-identificados apresentam uma capacidade menor em retenção de água quando comparado a matéria orgânica.
RSU 5 anos
O teor de umidade do resíduo com idade de cinco anos foi obtido de maneira similar ao do resíduo com idade de um ano. O teor de umidade do resíduo total; dos inertes; e massa orgânica, respectivamente, são apresentados nas Tabelas 5; 6; e 7.
Tabela 5– Teor de umidade do resíduo total de 5 anos.
O teor de umidade do resíduo total de 5 anos foi, em média, de 108,9 %. Tabela 6 – Teor de umidade do resíduo inerte de 5 anos.
Tabela 7 – Teor de umidade do resíduo “massa orgânica” de 5 anos. Nº cápsula Massa (g) Umidade (%) cápsula cápsula + inerte úmido cápsula + inerte seco
água inerte seco
C 48,52 59,38 53,54 5,83 5,03 116,1 X 52,12 62,91 57,73 5,18 5,61 92,3 A 54,26 67,64 60,42 7,22 6,16 117,2 Nº cápsula Massa (g) Umidade (%) cápsula vazia cápsula + inerte úmido cápsula + inerte seco
água inerte seco
98 26,10 63,88 42,87 21,01 16,77 125,3 131 25,31 76,41 55,18 21,23 29,87 71,1 197 25,57 61,18 41,02 20,16 15,45 130,5 Nº Refratário Massa (g) Umidade (%) Refratário vazio Refratário + inerte úmido Refratário + inerte seco
água inerte seco Inerte 1ano 1278,90 22,95,20 1963,60 331,60 683,70 48,5 Nº cápsula Massa (g) Umidade (%) cápsula cápsula +
inerte úmido inerte seco cápsula + água inerte seco
H 72,97 97,66 14,42 14,42 10,28 140,2
L 50,69 63,35 8,52 8,52 4,14 205,7
O teor de umidade da massa orgânica de 5 anos, foi , em média, de 187,5 %. A fração do resíduo que apresentou maior teor de umidade foi a “massa orgânica”, resultado equivalente ao apresentado no resíduo de um ano. Este resultado é condizente com a característica deste tipo de material, visto que possuem maior capacidade de absorção de água.
Comparando os resultados em relação às idades dos resíduos, foi observado que os materiais inertes de diferentes idades apresentaram um teor de umidade similar, resultado esperado pelas características físico-químicas deste tipo de material. Outra comparação é em relação ao material nomeado de massa orgânica, em que os resíduos de 5 anos apresentam um maior teor de umidade do que os de 1 ano. Este resultado pode ser explicado, já que durante o tempo de degradação do material são gerados como subprodutos compostos sólidos, líquidos e gasosos, sendo natural por apresentar uma tendência a mineralização, ou seja, a decomposição do material formando H2O e CO2. Assim, no geral, a massa de sólidos diminuiu com o tempo, aumentando a quantidade de líquidos e gases. Os gases por serem voláteis, não ficam “presos” a massa de resíduo. Com isto, a quantidade de umidade do material aumenta.
Embora os resultados obtidos apresentem coerência, torna-se necessário um maior número de repetições dos ensaios e coletas de matérias de diferentes idades para avaliar a tendência do alteração da umidade com a idade, em resíduos que possuem a mesma cota. Tendo em vista que a maioria dos RSU depositados há mais tempo devam se encontrar num perfil de subsolo, podem apresentar um teor de umidade menor com o aumento da profundidade [7]. Assim também seria esperado um teor de matéria orgânica menor com a idade, por consequência, com a profundidade.
Lodo
O lodo por apresentar-se na forma de fluido, apresenta grande quantidade de água na sua composição. Assim, foi necessário um tempo maior, na determinação do teor de umidade, do que o normalmente empregado para solos.
Foi verificada a necessidade de inicialmente, colocar uma temperatura de, aproximadamente, 60 ºC por 24 horas e aumentar esta temperatura gradativamente em 20 ºC até atingir 105 ºC, visto que a água entra em ebulição sobre temperatura de 100 ºC, e consequentemente, bolhas de líquido sobem e estouram, derramando parte do lodo para fora da cápsula. A Tabela 8 apresenta os valores de umidade obtidos para o lodo.
Tabela 8 – Determinação do teor de umidade do lodo.
A partir dos resultados apresentados, verificou-se que o teor de umidade do lodo foi, em média, 5.300%. Nº cápsula Massa (g) Umidade (%) cápsula cápsula + lodo úmido cápsula + lodo seco água lodo seco
98 26,10 96,42 27,39 69,03 1,29 5.372 176 27,06 104,07 28,48 75,59 1,42 5.331 197 25,57 96,87 26,89 69,97 1,32 5.293 11 21,36 88,06 22,59 65,47 1,23 5335 1 21,52 93,24 22,86 70,38 1,34 5.260 22 23,21 88,20 24,44 63,76 1,23 5.192 104 25,68 94,98 26,97 68,01 1,29 5.289 135 26,00 98,17 27,33 70,84 1,33 5.330
4.2.Características químicas 4.2.1. Teor de matéria orgânica RSU 1 ano
O teor de matéria orgânica dos resíduos com idade de um ano foi obtido considerando apenas a massa orgânica deste, e seu resultado está disposto na Tabela 9.
Tabela 9 - Teor de matéria orgânica da “matéria orgânica” RSU de 1 ano. Nº cápsula Massa (g) Teor de M.O.(%) cápsula vazia cápsula + lodo seco cápsula +
lodo queimado lodo seco
lodo queimado
C 48,519 53,344 51,648 4,825 3,129 35,2
X 52,117 57,726 55,370 5,609 3,253 42,0
A 54,261 60,420 60,42 6,159 6,159 55,0
A média do teor de M.O. para a “massa orgânica” dos RSU de 1 ano foi 44,1 %. RSU 5 anos
Assim como para o RSU 1 ano, o teor de matéria orgânica dos resíduos com idade de cinco anos foi obtido considerando apenas a massa orgânica deste e seu resultado está apresentado na Tabela 10.
Tabela 10 - Teor de matéria orgânica da “massa orgânica” RSU de 5 anos. Nº
cápsula
Massa (g) Teor de M.O.
(%) cápsula vazia cápsula + lodo seco cápsula + lodo
queimado lodo seco lodo queimado
H 72,968 83,24 78,474 10,279 5,506 46,4
L 50,694 54,835 51,971 4,141 1,277 69,2
T 55,029 60,589 56,971 5,560 1,942 65,1
O teor M.O. Para a “massa orgânica” dos RSU de 5 anos, em média, foi de 60,2%. Comparando os resultados obtidos para os resíduos de um e de cinco anos, foi encontrado porcentagem do teor de M.O. menor de matéria orgânica no resíduo de um ano. Embora o teor de M.O. do resíduo de 5 anos esteja dentro da faixa de 30 a 80 %, este resultado contradiz o que normalmente é esperado, visto que valores para resíduos novos estão entre 62,5 % e para resíduos antigos estão em torno de 4,5 % [8] em consequência da decomposição da parte orgânica do resíduo.
Lodo
A Tabela 11 apresenta os resultados obtidos para a matéria orgânica do lodo. Tabela 11 – Teor de matéria orgânica do lodo.
Nº Cápsula
Massa (g) Teor de
M.O. (%) cápsula
vazia cápsula + lodo seco cápsula + lodo queimado lodo seco queimado lodo
H 53,92 60,11 56,64 6,19 2,72 56,0
A média do teor de M.O. para o lodo foi 56,0 %. 4.2.2. Teor de Sólidos voláteis (SV)
RSU
O teor de sólidos voláteis, assim como a de matéria orgânica apresentam uma relação direta com a quantidade de material biodegradável, ou seja, quanto maior a quantidade de S.V. maior a biodegradabilidade do material.Assim, a determinação deste teor faz-se necessária para a avaliação da precisão de geração de gases.
Tabela 12 - Teor de sólidos voláteis da “massa orgânica” RSU de 1 ano. Nº Cápsula Massa (g) Teor de S.V. (%) cápsula
vazia cápsula + lodo seco cápsula + lodo queimado lodo seco lodo queimado
C 48,519 53,544 51,603 5,025 3,084 38,6
X 52,117 57,726 55,324 5,609 3,207 42,8
A 54,261 60,420 56,994 6,159 2,733 55,6
O valor médio do teor de S.V. na massa orgânica de 1 ano foi de 45,7 %. Tabela 13 - Teor de sólidos voláteis da “massa orgânica” RSU de 5 anos. Nº
Cápsula
Massa Teor de
S.V. (%) cápsula
vazia cápsula + lodo seco cápsula + lodo queimado lodo seco lodo queimado
H 72,968 83,247 78,383 10,279 5,415 47,3
L 50,694 54,835 51,954 4,141 1,260 69,6
T 55,029 60,589 56,954 5,560 1,925 65,4
O valor médio do teor de S.V. na massa orgânica de 5 anos foi de 60,8 %.
Os valores de S.V. podem ser comparados a de outrois aterros brasileiros, apresentados na literatura, como o aterro de Muribeca , que estão entre 45 a 98% [9] e [1].
É intuitivo que o material que possui idade de um ano ainda apresente potencial de geração de biogás. O mesmo não o é para resíduos que já possuem um tempo maior de sua deposição, sendo esperado um valor menor do que o resíduo mais novo. Contudo, é importante verificar os valores de S.V., já que resultados inferiores a 20 % descrevem que o composto foi estabilizado e, por conseqüência, não apresentaria potencial de geração de biogás. Assim, é visto que os resíduos de 1 e 5 anos ainda apresentariam potencial para geração de biogás.
Lodo
Na Tabela 14 estão apresentados os valores de sólidos voláteis presente no lodo. Os valores devem estar dentro de uma faixa de 47 a 57 % considerada ótima à ação microbiana [6] a fim de funcionar como um catalisador no processo de formação de gás para o ensaio GB21.
Tabela 14 – Teor de sólidos voláteis do lodo. Nº Cápsula Massa Teor de S.V. (%) cápsula vazia cápsula + lodo seco cápsula + lodo queimado
lodo seco lodo queimado
H 53,922 60,109 56,585 6,187 2,663 57,0
L 55,044 62,513 58,253 7,469 3,209 57,0
O valor médio de S.V. no lodo é 57 %.Este valor está dentro dos apresentados em estudos de lodos anaeróbios, estando numa faixa entre 50 a 60 % S.V. [10].
4.3.Formação de gás RSU 1 ano
O tempo de duração deste foi superior aos 21 dias, chegando a 46 dias de ensaio. O intuito era visualizar como se comportaria a curva acima do tempo previsto pela norma alemã. Assim, a Figura 5 apresenta o comportamento da produção de gás.
Figura 5 – Ensaio GB21 para resíduo de 1 ano.
O comportamento observado foi igualmente obtido por diversos pesquisados em ensaios para avaliação da produção de biogás, em que ocorre um aumento pronunciado da produção durantes dos 15 primeiros dias seguido de um decrescimento da produção, de forma que a curva de produção de gás tende a apresentar uma produção “estacionária”.
Um segundo ensaio para o RSU de 1 ano foi realizado. O tempo de duração deste ensaio foi de 21 dias, sendo obtido o comportamento visto na Figura 6.
Neste ensaio a produção de gás foi quase 5 vezes menor que a produção gerada no primeiro ensaio. A primeira hipótese para redução da produção de gás é a perda de umidade da amostra armazenada na geladeira, que influencia diretamente no potencial de geração de gás. A segunda, é que pode ter ocorrido uma oxigenação do lodo, visto que a entrada de ar pode ter modificado a característica da condição anaeróbia para aeróbia, reduzindo a capacidade de catalisação da reação durante o processo de metanogênese
Como era esperado um mesmo comportamento e valores semelhantes ao do primeiro ensaio, um novo ensaio foi iniciado usando outro frasco com lodo, no intuito de retirar a hipótese de oxigenação pela entrada de ar no frasco anteriormente utilizado
0 200 400 600 800 1000 1200 0 10 20 30 40 50 tempo (dia) v o lu m e g á s a c u m u la d o ( m l)
Figura 6 - Ensaio GB21 para resíduo de 1 ano – 2º ensaio.
Assim, um terceiro ensaio com o RSU de 1 ano foi conduzido, como visto na Figura 7.
Figura 7 - Ensaio GB21 para resíduo de 1 ano – 3º ensaio.
Embora este resultado tenha apresentado uma produção de gás total maior do que o ensaio anterior, nos 10 primeiros dias ela foi inferior. Isto ocorreu por causa de vazamentos detectados justamente neste período.
Devido ao tempo transcorrido entre os ensaios, acredita-se que houve perda de umidade do material, sustentando a primeira hipótese. A segunda hipótese pode, também, ter sido fundamentada, visto que com a utilização do lodo sem possível aeração promoveu um aumento de produção de gás em relação ao segundo ensaio.
Contudo, este último ensaio não pode ser comparado ao primeiro visto aos problemas de fuga de gás encontrado.
RSU 5 anos
O ensaio de geração de gás para o RSU de 5 anos foi realizado após dois meses da coleta deste resíduo. a grande quantidade de material proveniente desta idade de resíduos era composta basicamente por fibra da casca de coco verde e outras madeiras provenientes de árvores. O comportamento da produção de gás pode ser visto na figura 8.
0 50 100 150 200 250 0 5 10 15 20 25 tempo (dia) v o lu m e g á s a c u m u la d o ( m l) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 10 20 30 40 tempo (dia) v o lu m e g á s a c u m u la d o ( m l)
Figura 8 – Ensaio GB21 para resíduo de 5 anos.
O ensaio foi encerrado após 10 dias. Isto devido ao comportamento anômalo na produção de gás, já que com o decorrer dos dias pareceu haver um consumo de gás ao invés de ter gerado gás. Tal comportamento pode indicar um provável vazamento de gás.
5. Conclusão
Os materiais inertes apresentaram um teor de umidade similar entre si. A fração orgânica foi a que apresentou maior capacidade de absorção de água, sendo o teor de umidade maior para o RSU de 5 anos do que o de 1 ano. Este resultado pode ter ocorrido em consequência da diminuição da massa de sólidos, do aumento da quantidade de gases, que não ficam “presos” e da geração de subprodutos líquidos durante a decomposição da matéria orgânica, resultando em um maior teor de umidade do material. O “resíduo total de 1 ano” apresentou teor de umidade próximo ao do material inerte, resultado esperado, visto a grande quantidade de material inerte, que absorvem quantidade reduzida de água. O maior teor de “matéria orgânica” no RSU de 5 anos em relação ao de 1 ano pode ter sido resultante da geração de subprodutos sólidos, líquidos e gasosos durante o tempo de degradação do material.
A detecção de menor quantidade de matéria orgânica em resíduos mais jovens pode ter ocorrido em função da variação do tipo de matéria orgânica – de rápida ou lenta degradação ou das condições de disposição destes resíduos para a disponibilidade de condições para a fase aeróbica de degradação microbiana. Os valores de sólidos totais tanto para os resíduos de 1 como de 5 anos, na faixa de 47 a 57 %, podem ser considerados ótimos à ação microbiana [9]. Os valores de produção de gás pelas amostras dos RSU de 1 ano, nas condições testadas, apontaram para um potencial geração de biogás a partir dos RSUs do aterro de Gramacho. Os ensaios de geração de gás do RSU de 5 anos devem ser refeitos.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 tempo (dia) v o lu m e g á s a c u m u la d o ( m l)
6. Referências Bibliográficas
[1] DE MELO, E. S. R. L. Análise de Biodegradabilidade dos materiais que compõem os resíduos sólidos urbanos através de ensaios BMP (Biochemichal Methane Potential). Recife, 2010. 122p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco.
[2] RODRIGUEZ, C. et al. Development of an enzymatic assay for the determination of cellulose bioavailability in municipal solid waste. Biodegradation. v.16 p.415-422. 2005.
[3] LIBÂNIO, P. A. C. Avaliação da eficiência e aplicabilidade de um sistema integrado de tratamento de resíduos sólidos urbanos e de chorume. Belo Horizonte, 2002. 156p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais. [4] ABREU, T. C. C. Avaliação do transporte do herbicida paraquat em solos do campo experimental de Bom Jardim, RJ. Rio de Janeiro, 2008. 120p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
[5] VIVIANA, T. Influência do método de compactação na permeabilidade de uma mistura colúvio-composto orgânico. Rio de Janeiro, 2008. 168p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.
[6] LEITE, H. E. A. S. Estudo do comportamento de aterros de RSU em um biorreator em escala experimental na cidade de Campina Grande–PB. Campina Grande, 2008. 210p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental) – Universidade Federal de Campina Grande.
[7] RIBEIRO, A. G. C. Determinação de parâmetros de resistência de resíduos sólidos urbanos por meio de retro-análises de testes em laboratório. Viçosa, 2007. 117p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Viçosa.
[8] ROCHA, E. F. da Determinação da condutividade hidráulica e da capacidade de campo de resíduos sólidos urbanos. Viçosa, 2008. 90p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Viçosa.
[9] ALVES, I. R. de F. S. Análise experimental do potencial de geração de biogás em resíduos sólidos urbanos. Recife, 2008. 118p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco.
[10] FERNANDES, F.; SILVA, S. M. C. P. da Manual prático para a compostagem de biossólidos. PROSAB – Programa de Pesquisa em Saneamento Básico. Londrina.
Universidade Estadual de Londrina. Disponível em:
<http://www.finep.gov.br/prosab/livros/Livro%20Compostagem.pdf>. Acesso em: junho de 2012.
