Fluxo de Gases em Camadas de Cobertura Monolítica em Área de
Talude no Aterro Sanitário de Nova Iguaçu (RJ)
Eduardo Gaiotto Marques da Silva
Haztec Tecnologia e Planejamento Ambiental, Rio de Janeiro, Brasil, eduardo.gaiotto@haztec.com.br
Ana Carolina Eugênio de Oliveira UERJ, aluna de mestrado
Ana.oliveira09@gmail.com Eduardo Odon Torres UERJ, aluno PIBIC
Edu.odontorres@yahoo.com.br Elisabeth Ritter
UERJ, Rio de Janeiro, Brasil , Professor Associado ritteruerj@gmail.com
RESUMO: O trabalho apresenta a avaliação da emissão de biogás, em camadas de cobertura do tipo monolítica na área de talude no sub-aterro 1 da Central de Tratamento de Resíduos (CTR) Nova Iguaçu. Foram realizados ensaios de placa de fluxo na área de talude da camadas de cobertura para medir a composição dos gases e o fluxo existente através da camada. Foram avaliadas duas situações: com os poços de extração de gás ativos e desligados. Os resultados mostraram a eficiências do sistema de extração de gás quando ativado, resultando em emissões quase nulas de metano e gás carbônico.
PALAVRAS-CHAVE: camadas de cobertura, fluxo de gases, metano, talude, camada monolítica, aterro sanitário
1 INTRODUÇÃO
Muitos problemas ambientais estão ligados a geração dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) que vem crescendo devido ao aumento da população mundial e da produção per capta de resíduos. Existe hoje um movimento crescente de implantação de novos aterros sanitários no país, principalmente nos municípios de grande porte (população ≥ 200.000 habitantes). Contudo, nos municípios de pequeno porte (população ≤ 30.000 habitantes), que constituem a maioria dos municípios brasileiros, a implantação de aterros sanitários é ainda menos significativa, mantendo-se os lixões em inúmeras localidades.
De acordo com a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, realizada em 2008 pelo
IBGE, no Brasil, cerca de 27,7% dos resíduos são depositados em aterros sanitários. Esse valor representa um aumento de mais de 10% nesse tipo de destinação em relação ao valor encontrado no ano de 2000.
Segundo os dados da Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais de 2010 (ABRELPE) houve uma discreta evolução na destinação final adequada dos RSU no ano de 2010, em comparação ao ano de 2009. No entanto, a quantidade de RSU destinados inadequadamente cresceu e quase 23 milhões de toneladas de RSU seguiram para lixões ou aterros controlados, trazendo consideráveis danos ao meio ambiente (ABRELPE , 2010).
A Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei no. 12.305/10 regulamentada pelo Decreto no
7.404/10) estipula a erradicação dos antigos vazadouros e lixões e dá impulso ao recebimento de resíduos nos aterros sanitários. Dentre os diversos gases gerados pelos RSU em aterros sanitários, o de maior destaque é o gás metano (CH4), não somente pela quantidade deste gás que é produzida, mas também pela sua capacidade de retenção de calor, maior do que a do gás carbônico (CO2). Ao longo dos últimos anos, a produção e concentração de Gases de Efeito Estufa (GEE) vêm aumentando significativamente, principalmente pelas atividades humanas no setor industrial, na produção e consumo de energia, transportes e geração de eletricidade. O aumento da concentração de gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono (CO2), Metano (CH4) e, em menor escala, o óxido nitroso N2O e os halocarbonos (HFC) provocam a retenção de calor na atmosfera, impedindo que a radiação solar próxima à superfície terrestre seja liberada de volta ao espaço (BAIRD, 2011)
Devido a grande heterogeneidade dos RSU, há uma grande incerteza ligada com o espaçamento dos poços de captação do biogás e a eficiência de captação dos sistemas de extração ativa do biogás nos aterros sanitários. Adicionalmente a possibilidade de emissão fugitiva de gás através dos taludes do aterro também pode ocorrer. A falta de informações desta natureza com parâmetros representativos e confiáveis acaba gerando práticas de concepção de projetos de aterros não eficazes.
Assim o correto conhecimento das emissões fugitivas em aterros que possuem um sistema ativo de captação do biogás é fundamental para evitar o agravamento deste problema. O estudo de gases permite ainda avaliar os riscos ambientais que ocorrem pela advecção através das camadas de cobertura, além de caracterizar adequadamente as possibilidades de aproveitamento energético do aterro (Scheutz et al, 2003).
Uma pesquisa com o objetivo de avaliar as emissões de biogás em camada de cobertura do tipo monolítica e barreira capilar, esta especialmente construída no sub-aterro 1 da Central de Tratamento de Resíduos (CTR) Nova Iguaçu (RJ) foi realizada foi realizada por Silva, 2011. Para isso, foram realizadas medições das
composições dos gases (metano, dióxido de carbono e oxigênio) e também estimadas as vazões volumétricas de gases que atingem a atmosfera através da camada de cobertura. Este trabalho irá apresentar as medições realizadas em área de talude do sub-aterro 1 e compará-los com as medidas efetuadas na camada monolítica e barreira capilar.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
A CTR Nova Iguaçu está situada no distrito de Vila da Cava, Município de Nova Iguaçu localizado na Baixada Fluminense, a cerca de 10 km do centro urbano da cidade, com acesso pela Rodovia Presidente Dutra Km, 180 no sentido Rio – São Paulo. A CTR tem 4 Sub-Aterros e opera desde 2003. O Sub-Aterro 1 (Figura 1) , o mais antigo, está inserido numa área de 12 ha, e possui um total de cerca de 3 milhões de toneladas de resíduos de diferentes origens depositados até o mês de agosto de 2010.
Os resultados apresentados neste trabalho se referem a um ponto selecionado neste Sub-Aterro, denominado CM-TAL, conforme ilustrado na figura 2. A escolha desse ponto levou em conta a seleção de uma área que não sofreria impacto devido a operação de recebimento de resíduos do aterro, bem como qualquer movimentação de caminhões e equipamentos pesados. O ponto CM-TAL é onde já existia uma Camada Monolítica de cobertura do aterro.
2.1 Materiais
O local CM-TAL está localizado estrategicamente na área frontal do aterro, na cota 67 que apresenta aproximadamente 40 metros de lixos já dispostos. A Placa de fluxo foi posicionada em uma berma de 4 metros de largura, onde o talude superior e inferior tem 5 metros de altura e estão dispostos com inclinação de 2V (vertical) e 1 H (horizontal) no chamado “bolo de noiva”. Esse local é propício a fuga de gases e por isso neste ponto foram realizadas medições das emissões fugitivas de gases pela camada de cobertura . O CM-TAL se encontra nas coordenadas 22º40’15.85”S e 43º28”40.30”O a uma distancia de 20 metros de um PDR com extração de biogás, e também a uma distancia de 20 metros de um poço vertical de extração do biogás (Figura 2). Na região de instalação das camadas estudadas foi retirada uma amostra para caracterização do solo de cobertura.
Figura 2. Locação dos pontos de medição no sub-aterro 1
2.1.1 Camada Monolítica
A camada monolítica estudada é exatamente a mesma camada de cobertura final do aterro, localizada no platô superior do sub-aterro 1, onde a camada de cobertura apresenta 80 centímetros de espessura do solo local, abrange uma área de 1.200 m2, e tem inclinação de 2% da montante para a jusante.
2.2 Metodologia
As medições de gases que atravessam a camada de cobertura e atingem a atmosfera foram realizadas com a metodologia da placa de fluxo, semelhante à descrita por Maciel (2003). Trata-se de uma placa estática onde ocorre a captação dos gases para o interior da mesma. As dimensões propostas para a placa (área de base igual a 0,16 m2 e 8L de volume) estão dentro dos valores encontrados na literatura. A placa foi construída lateralmente com chapas de aço, e acrílico na parte superior.Para evitar perda de gases na interface entre placa de acrílico e chapa de aço, foi colocada uma espuma de poliuretano de alta densidade e silicone em todas as conexões. A placa e o detalhe dos conectores de engate rápido para as leituras com o analisador de gases são apresentados nas figura 3 e 4.
Figura 3. Detalhe dos conectores da Placa de fluxo
Figura 4. Placa de fluxo e analisador de gás utilizados
Inicialmente, a placa de fluxo é disposta no local de realização do ensaio para a marcação
do perímetro no solo da camada de cobertura. Posteriormente, retira-se a placa e uma escavação manual é feita deixando uma folga lateral para a entrada da placa verticalmente. Realizada a cava, é adicionada bentonita granular para garantir a não entrada de ar atmosférico e também a saída do gás da placa de fluxo. Depois a placa de fluxo é inserida no local, conforme apresentado na figura 5.
Figura 5. Placa de fluxo montada sobre o solo de cobertura
As leituras começavam após a cravação da placa no solo. As leituras no analisador GEM 2000 do fabricante LANDTEC (vide figura 4) dos gases CH4, CO2 e O2 e pressão barométrica foram efetuadas com um intervalo máximo entre as leituras de 10 minutos. Em seus ensaios Maciel (2003) utilizou o tempo de 25 minutos e Bogner e Spokas,1993 sugerem intervalos de 20 a 40 minutos.
3 RESULTADOS OBTIDOS
O solo da camada de cobertura é uma areia silto-argilosa, SM-SC, segundo o Sistema
Unificado, com LL de 49,8% e não plástico e densidade dos grãos de 26,67 kN/m3. O ensaio de compactação com energia Proctor Normal indicou umidade ótima de 21,8% e densidade seca máxima de 15,92 kN/m3.
3.1 Medições de biogás na Camada Monolítica do Talude (CM-TAL)
As medições das emissões fugitivas de biogás na área do talude estão apresentadas na figura 6. Foram realizadas 3 seqüências de medições nas seguintes datas: seqüência 1 em 07 de outubro de 2010, seqüência 2 em 21 de outubro de 2010 e seqüência 3 em 18 de novembro de 2010 . As seqüências 1, 2 e 3 ilustram a montagem da placa de fluxo sobre a camada de cobertura, com o poço de biogás de extração ativa e também o PDR ligados. Estão apresentadas as medições de pressão barométrica, metano, gás carbônico e oxigênio.
Comparando as seqüências 1 , 2 e 3 nota-se que, em geral, não ocorre qualquer modificação significativa das composições dos gases metano, dióxido de carbono e oxigênio. Verifica-se somente na sequência 3 que com uma queda da pressão barométrica ocorre um aumento de oxigênio. Observa-se ainda que a concentração de metano é praticamente nula em todas as sequências de medição, mostrando a eficiência do sistema de extração de gás quando ligado.
A figura 7 mostra as emissões fugitivas dos gases no talude, considerando que a placa de fluxo foi instalada sobre a superfície e o poço ativo de extração do biogás estava desligado. As medições apresentadas na seqüência 4 foram realizadas em 11 de novembro de 2010, depois de passados 284 minutos. A composição do gás metano, na seqüência 4, foi estabilizada com concentrações de 35%, enquanto a composição do dióxido de carbono se manteve em 25% e as concentrações de oxigênio foram praticamente 0%. A relação das variações ocorridas com a pressão atmosférica e as medições de emissões fugitivas não é muito clara.
Comparando-se esses resultados do talude com as medidas obtidas na camada monolítica existente no platô superior em área próxima,
com o sistema de extração desligado (Silva, 2011 e Silva e Ritter, 2011), observou-se que as medições de gás metano apresentaram valores entre 35% e 40%, portanto valores próximos aos do talude. A composição do dióxido de carbono apresentou valores de 30% a 35%, portanto superiores aos do talude, enquanto que o nível de oxigênio se manteve igualmente estabilizado em 0%.
Por outro lado, confrontando com as medições na camada de cobertura do tipo barreira capilar, foram encontrados resultados para emissões de gás metano e dióxido de carbono respectivamente de 19% e 20%, portanto menores do que os valores medidos no talude.
Figura 7. Resultados das medições de emissões fugitivas no Local CM-TAL e poço de extração de biogás desligado.
A figura 8 apresenta o fluxo de gases através da camada de cobertura no talude nas medições da sequência 4. Os valores de fluxo do gás metano se destacaram muito em relação aos outros gases. Ocorreu um crescimento até estabilizar em 250 minutos de medição, com valores próximos a 10 ml/min*m2 de fluxo de gás metano, enquanto o fluxo de dióxido de carbono estabilizou em 3 ml/min*m2.
A figura 9 apresenta uma comparação das medições de fluxo de metano efetuadas através da camada monolítica existente no talude do
talude (CM_TAL) com a camada monolítica (CM), com a barreira capilar (BC) e outra medida não apresentada neste artigo através da camada monolítica existente sobre um dreno horizontal de gás instalado em outro ponoto do sub-aterro 1 (ver Silva, 2011). Verifica-se que o menor fluxo de gás ocorreu através da barreira capilar, enquanto que o fluxo através do talude é quase o dobro desse valor, mas ainda inferior ao fluxos medidos na camada monolítica situada sobre o dreno horizontal e no platô superior.
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 0 9 19 29 39 49 59 69 79 89 214 224 234 244 254 264 274 284 F lu x o d o s G as e s (m l / m im * m 2 ) Tempo (mim)
Fluxo dos Gases - Local CM-TAL - Poço Desligado
Fluxo CH4 (ml/ Min* m2) Fluxo CO2 (ml/ Min* m2) Fluxo O2 - (ml/ Min* m2)
Figura 8. Medições de fluxo de gases no local 4 e poço de extração de biogás desligado
-1,00 1,00 3,00 5,00 7,00 9,00 11,00 13,00 15,00 0 11 21 31 41 53 63 73 84 94 105 115 125 126 283 294 304 314 324 334 344 Fl u xo d e C H 4 ( m l/ M in * m 2 ) Tempo (minutos)
Comparação das Medições dos Fluxos de Metano
Fluxo CH4 no Local BC Fluxo CH4 no Local CM Fluxo CH4 no Local CM-DH Fluxo CH4 no Local CM-TAL
Figura 9. Comparação das Medições de fluxo de metano com poço de extração de biogás desligado
4 CONCLUSÕES
A Placa de fluxo pode ser usada como instrumento de acompanhamento nos projetos de extração ativa de gás, de forma a indicar locais com maior emissão fugitiva de gases e propiciar eventuais correções no projeto, como instalações de novos poços, rebaixamento do nível piezométrico de poços de gás, espaçamento ideal para poços de gás.
Os resultados apresentados mostraram a eficiência do sistema ativo de extração de gás para impedir as emissões de gases fugitivos pelo tipo de camada de cobertura monitorado no Aterro da CTR Nova Iguaçu. A análise de resultados mostrou a inexistência praticamente de emissões fugitivas de metano quando os poços de biogás estavam ligados.
Foi somente possível identificar as emissões fugitivas dos gases quando os poços ativos de extração estavam desligados. Os valores encontrados na camada monolítica da área do talude para as composições do gás metano foram entre 35% e 40%, e para o dióxido de carbono quase 25%, enquanto que para o oxigênio foi praticamente nula. Comparando esses resultados do talude com os valores de fluxo encontrados na camada de cobertura do tipo monolítica verifica-se que o fluxo através do talude é menor. No entanto, a barreira capilar é a mais eficiente nas medições realizadas como barreira para as emissões fugitivas.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a FAPERJ e CAPES pelos financiamentos concedidos e à Haztec Tecnologia e Planejamento Ambiental pela disponibilização da área e apoio logístico e de equipamentos durante os experimentos.
REFERÊNCIAS
ABRELPE. Panorama de Resíduos Sólidos no
Brasil. 2010. 202 p. São Paulo. Disponível em:
<http://www.abrelpe.org.br/panorama_2010.p hp>. Acesso em: 27 de janeiro de 2012.
Baird, Colin. Química Ambiental. 4ª edição. Porto Alegre: ARTEMED, 2011. 844 p.
Brasil. Lei nº 12.305, de agosto de 2010. Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos; altera a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998; e dá outras providências.
Bogner, J. E e Spokas, K. (1993) CH4: Rates,
Fates and Role in Global Carbon Cycle.
Chemosphere, Vol.26, Nos 1-4, pp. 369-386. Lopes, R. L.; Alves, M.C.M; Maciel, F.J; Jucá,
J.F.T. (2010) Avaliação de infiltração em
coberturas alternativas construídas em uma célula experimental de RSU na Muribeca/PE. COBRAMSEG, cd-rom.
Maciel, F. J. (2003) Estudo da Geração,
Percolação e Emissão de Gases no Aterro de Resíduos Sólidos da Muribeca/PE. Dissertação
de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Pernambuco,173 p.
Pesquisa Nacional de Saneamento Básico 2008. Rio de Janeiro: IBGE, 2008. 219 p. Disponível
em: <
http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/popul acao/condicaodevida/pnsb2008/PNSB_2008.p df>. Acesso em: 20 fevereiro de 2012.
Scheutz, C.; Bogner, J.; Chanton, J.P; Blake, D.; Morcet, M.; Kjeldsen, P. (2003) Comparative oxidation and net emissions of CH4 and selected non-methane organic compounds in landfill cover soils. Environmental Science
and Technology, 37, pp. 5143-5149.
Silva, E.G.M. (2011) Estudo Experimental de
gases em Camadas de Cobertura no Aterro Sanitário de Nova Iguaçu. Dissertação de
Mestrado, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Ambiental, Universidade do
Estado do Rio de Janeiro, 109 p.
Silva , E.G.M e Ritter, E (2011) Fluxo de Gases
em Camadas de Cobertura Monolítica e Barreira Capilar no Aterro Sanitário de Nova Iguaçu (RJ) VII Congresso Brasileiro de
Geotecnia Ambiental e VI Simpósio Brasileiro de Geossintéticos, Belo Horizonte, cd-rom.
