AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA E APLICABILIDADE DE UM SISTEMA INTEGRADO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E DE CHORUME
Paulo Augusto Cunha Libânio
AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA E APLICABILIDADE DE UM SISTEMA INTEGRADO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E DE CHORUME
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do título de mestre.
Área de Concentração: Meio Ambiente
Orientador: Prof. Carlos Augusto de Lemos Chernicharo
Belo Horizonte Escola de Engenharia
2002
L694a Libânio, Paulo Augusto Cunha
2002 Avaliação da eficiência e aplicabilidade de um sistema integrado de tratamento de resíduos sólidos urbanos e de chorume. / Paulo Augusto Cunha Libânio. - 2002.
156f. : il.
Orientador: Carlos Augusto de Lemos Chernicharo
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Departamento de Engenharia Hidráulica e Recursos Hídricos.
1.Resíduos Sólidos Urbanos - Tratamento - Teses I.Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos II.Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental III.Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Hidráulica e Recursos Hídricos. IV. Título.
CDU: 628.4
A minha avó Silvia e – in memoriam – aos avós Paulo, Adalberto e Dalzira, sempre presentes.
A Flaviane, pelo amor e companheirismo.
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Carlos Chernicharo, exemplo de dedicação e ética profissional, pela orientação deste trabalho, pela amizade e apoio dispensados em todos os momentos.
Ao Professor Marcelo Libânio, responsável por ter me despertado o interesse pela engenharia sanitária e ambiental ainda quando estudante na graduação, a quem serei eternamente grato.
À Professora Ilka Soares Cintra, sempre companheira nas divergências, ponto de equilíbrio e harmonia da equipe.
Ao amigo Bruno, companheiro de trabalho e co-responsável pelo sucesso da pesquisa.
Aos laboratoristas do PROSAB, técnicos e bolsistas, Lucy, Jussara, Carolina, Jacson, Lucilaine, Toninho e Prof. Emílio.
Aos funcionários do DESA, Norma e Dona Francisca.
Às catadoras e associadas da ASMARE, em especial à Taninha.
Aos funcionários e técnicos da Secretaria Municipal de Limpeza Urbana (SMLU-BH), pelo apoio logístico em diversos momentos do trabalho.
À CAPES, pela concessão da bolsa de estudo.
À FINEP,CNPq e CAIXA, pelo financiamento e custeio do experimento.
inoculação da digestão dos resíduos sólidos urbanos (RSU), especialmente nos grandes conglomerados populacionais. Neste sentido, a recirculação do chorume apresenta-se como uma das perspectivas de tratamento mais promissoras, sendo amplamente estudada.
Este processo consiste basicamente no incremento da concentração de microrganismos junto à fração orgânica biodegradável da massa de lixo aterrada. No Brasil, esta tecnologia tem sido bastante difundida e empregada em importantes centros urbanos: Belo Horizonte (MG), Recife (PE), Caxias do Sul (RS). Entretanto, uma série de parâmetros físico-químicos devem ser observados para a manutenção das condições ótimas de digestão anaeróbia dos resíduos, assim como alguns critérios técnicos e sócio-econômicos de interesse.
Desta forma, implementou-se um experimento, em laboratório, a fim de se investigar os aspectos mais relevantes da digestão anaeróbia dos RSU, necessários à elaboração de futuros estudos de viabilidade e análises de custo-benefício. Tal experimento consiste na análise comparativa entre duas diferentes linhas de operação, com 3 reatores anaeróbios de RSU cada: linha de tratamento convencional (Reatores R1, R2 e R3) e linha de tratamento integrado, com recirculação do chorume enriquecido com inóculo (Reatores R7, R8 e R9).
Adicionalmente, foi instalado um reator UASB na linha de tratamento integrado, objetivando- se a remoção da carga orgânica dos líquidos lixiviados dos reatores de RSU e a utilização do lodo biológico produzido para inoculação da digestão dos resíduos.
Os reatores experimentais, apresentando um volume útil de 700 litros cada, foram completamente preenchidos com uma massa total de aproximadamente 3.000 kg de lixo urbano, durante um período de nove dias. Diariamente, obtinha-se uma amostra representativa a partir da carga de um caminhão resultante de um dia típico de coleta em área residencial.
Assim, ao final desta etapa, observando-se critérios e metodologias pré-estabelecidas para a amostragem, preparação de amostras e análises laboratoriais, procedeu-se à caracterização físico-química do lixo urbano amostrado: composição gravimétrica, teor de umidade, sólidos voláteis, metais e outros.
Finalmente, um conjunto de parâmetros concernentes às condições de bioestabilização dos resíduos sólidos orgânicos – disponibilidade de nutrientes, toxicidade – foram monitorados através da análise do lixiviado drenado dos reatores de RSU e do efluente do reator UASB:
pH, alcalinidade, ácidos graxos voláteis, DBO, DQO, nitrogênio Kjeldahl, fósforo, cloreto, sulfeto, metais pesados. Ademais, foram determinadas a produção de biogás e as proporções de seus principais constituintes: metano e dióxido de carbono.
A inoculação endógena promovida na linha de tratamento integrado, através da recirculação do chorume e retorno do lodo biológico produzido no reator UASB, parece ter favorecido a etapa inicial de fermentação e acidogênese: maiores concentrações dos principais ácidos graxos voláteis precursores da formação de metano tais como ácido acético, propiônico e butírico; teores iniciais de metano mais elevados. A inoculação endógena promoveu também a aceleração da atividade metanogênica nesta linha de tratamento, uma vez que se pode observar, simultâneamente, uma significativa redução do substrato orgânico solúvel (DQO filtrada, DBO, sólidos dissolvidos) e um rápido incremento na produção de biogás.
(MSW), especially in highly populated municipal areas. Leachate recycling presents a promising and largely studied perspective in municipal solid waste treatment and final disposal.
The process consists in the addition of a microorganism concentration to the biodegradable organic fraction that is contained within the landfill cells. In Brazil this technology has been largely employed in the important cities of Belo Horizonte (Minas Gerais), Recife (Pernambuco) and Caxias do Sul (Rio Grande do Sul). However, a number of chemical and physical parameters should be observed to promote optimum conditions for the anaerobic digestion of the solid waste, as well as certain social, economical and technical criteria.
A pilot scale experiment was set up in laboratory conditions with the aim of investigating what are considered the most relevant aspects in anaerobic digestion of MSW, requirements for future elaboration of feasibility studies and cost benefit studies. The experiment consists in a comparative analysis between two different treatment lines, each with three anaerobic MSW digesters: conventional landfilling (Reactors R1, R2 and R3) and integrated treatment with seeded leachate recycling (Reactors R7, R8 and R9). A UASB reactor was placed in the integrated treatment line with the objective of removing the organic load in the leachate of the MSW digesters, with the biological sludge produced being used for the inoculation of the solid waste digestion.
The experimental digesters, each with a volume of 700 litres, were completely filled in nine days, with a total mass of approximately 3000kg of municipal solid waste. Truckloads from a typical weekday collection route in a residential area were taken as a representative daily sample. Then a sample from each day was analysed in terms of composition, moisture content, volatile organic compounds, metals and others, observing all pre-established scientific criteria and methodology concerning solid waste sampling, preparation, and laboratory analysis.
Finally, the following series of parameters concerning the environmental conditions of nutrient availability and toxicity for the anaerobic biodegradation of organic solid waste were monitored in the leachate generated by the solid waste digesters and the effluent from the UASB reactor: pH, alkalinity, volatile fatty acids, BOD, COD, Kjeldahl nitrogen, phosphorous, sulphide and metals. The biogas production and its principal gas constituents, methane, and carbon dioxide were also monitored.
The endogenous inoculation promoted in integrated treatment, through leachate recycling and return of the excess biological sludge produced in the UASB reactor, has favoured the initial fermentation stage, with higher concentrations of the most important volatile acids precursors of methane such as acetic, propionic and butyric acids and higher initial methane concentration in the biogas. It also seems to have promoted the acceleration of the methanogenic phase since a significant reduction of soluble organic matter (filtered COD, BOD, dissolved solids) and a rapid increase in biogas production were simultaneously observed.
LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS
1. INTRODUÇÃO... ...1
1.1. A Questão dos Resíduos Sólidos...1
1.2. Digestão Anaeróbia de Resíduos Sólidos Urbanos em Aterros... ...5
2. OBJETIVOS... ...6
3. REVISÃO DA LITERATURA... ...7
3.1. Considerações sobre a Realidade dos Resíduos Sólidos... ...7
3.1.1. Alguns Aspectos sobre a Realidade no Brasil e no Mundo... ...7
3.1.2. Alguns Aspectos sobre a Realidade em Belo Horizonte... ...11
3.2. Possibilidades de Minimização da Geração de Resíduos Sólidos... ...15
3.3. Tratamento e Disposição Final dos Resíduos Sólidos Urbanos... ...18
3.3.1. Incineração... ...18
3.3.2. Compostagem...19
3.3.3. Reciclagem... ...20
3.3.4. Aterros... ...20
3.4. Processos Anaeróbios...23
3.4.1. Fundamentos da digestão anaeróbia...23
3.4.2. Digestão anaeróbia dos resíduos sólidos urbanos aterrados... ...25
3.5. Emissão de Gases...30
3.6. Poluição por Lixiviado de Aterros...31
3.7. Aprimoramento da Operação de Aterros... ...39
3.7.1. Inoculação da digestão anaeróbia de RSU... ...40
3.7.1.1. Recirculação do chorume... ...40
3.7.1.2. Outras modalidades de inoculação da digestão de RSU... ...44
3.7.2. Sistema integrado de tratamento de chorume e de resíduos sólidos urbanos... ...46
3.8. Definições Importantes... ...50
3.8.1. Definição de “resíduos sólidos urbanos”...50
3.8.2. Definição de “chorume”...51
3.8.3. Definição de “inóculo”...53
4. MATERIAL E MÉTODOS...54
4.1. Plano de Amostragem dos Resíduos Sólidos Urbanos... ...54
4.1.1. Definição do tipo de amostra... ...55
4.1.2. Definição da forma de amostragem...57
4.1.3. Definição dos critérios de classificação dos materiais constituintes do lixo urbano... ...59
4.1.4. Definição do volume das amostras...61
4.1.5. Composição da equipe de trabalho...63
4.2. Amostragem dos Resíduos Sólidos Urbanos de Belo Horizonte no Aterro Sanitário Municipal... ...64
4.3. Preenchimento dos Reatores Anaeróbios com os Resíduos Sólidos Urbanos Amostrados... ...68
4.4. Preenchimento dos Reatores Anaeróbios com Chorume de Aterro Sanitário... ...69
4.5. Preparação das Amostras de RSU para as Análises Laboratoriais... ...72
4.6. Caracterização Físico-Química dos Resíduos Sólidos Urbanos... ...74
4.6.1. Determinação da composição gravimétrica... ...74
hidrogênio e nitrogênio... ...76
4.6.5. Determinação do teor de sólidos voláteis...76
4.7. Aparato Experimental... ...77
4.8. Operação do sistema... ...83
4.9. Monitoramento do sistema... ...85
4.9.1. Inferências analíticas... ...85
4.9.2. Metodologias modificadas... ...86
4.9.2.1. Demanda Bioquímica de Oxigênio... ...86
4.9.2.2. Alcalinidade e Ácidos Voláteis... ...87
4.9.2.3. Nitrogênio Kjeldahl...88
4.9.2.4. Fósforo... ...88
4.9.2.5. Sulfeto... ...89
4.9.3. Análises instrumentais...89
4.9.3.1. Ácidos Graxos Voláteis...90
4.9.3.2. Metais Pesados... ...91
4.9.3.3. Biogás (Metano e Dióxido de Carbono)... ...93
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO... ...95
5.1. Resíduos Sólidos Urbanos Amostrados... ...95
5.1.1. Determinação da Densidade Média dos Resíduos Confinados nos Reatores Anaeróbios Experimentais...
....95
5.1.2. Caracterização Física dos Resíduos Sólidos Urbanos Amostrados... ...97
5.1.2.1. Composição gravimétrica...97
5.1.2.2. Teor de umidade...102
5.1.3. Caracterização Química dos Resíduos Sólidos Urbanos Amostrados... ...104
5.1.3.1. Teores de carbono, hidrogênio e nitrogênio ...104
5.1.3.2. Teor de sólidos voláteis...105
5.1.3.3. Verificação da correlação entre o teor de carbono e de sólidos voláteis... ...106
5.1.3.4. Teor de metais pesados... ...108
5.2.3. Nutrientes... ...118
5.2.4. Sistema Ácido/Base...121
5.2.5. Toxicidade... ...126
5.2.5.1. Cloreto...126
5.2.5.2. Sulfeto... ...126
5.2.5.3. Nitrogênio Amoniacal... ...128
5.2.5.4. Metais... ...130
5.3. Biogás Produzido na Digestão Anaeróbia dos Reatores de RSU... ...133
5.4. Avaliação da Produção de Sólidos no Sistema Integrado... ...136
6. CONCLUSÕES... ...143
7. RECOMENDAÇÕES... ...147
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... ...148
de transformação e utilização dos recursos naturais... ...2 Figura 3.1: Comparação entre as diferentes regiões do território nacional
quanto à destinação final dos resíduos domiciliares (IBGE, 1991)...
...9 Figura 3.2: Comparação entre as alternativas empregadas na destinação final
dos resíduos sólidos urbanos, no Brasil e nos Estados Unidos...
...11 Figura 3.3: Destinação do lixo urbano coletado no município de Belo
Horizonte (PBH, 2001)...
...13 Figura 3.4: Possibilidades de minimização dos impactos ambientais devido à
menor geração de resíduos sólidos e utilização de recursos naturais...
...15 Figura 3.5: Crescimento da reciclagem e compostagem nos Estados Unidos,
possibilitando a manutenção das quantidades de lixo urbano destinadas à incineração ou aterramento. Dados obtidos em pesquisas realizadas entre 1960 e 1997 e projeções até 2005 (EPA, 1999)...
. . ...17 Figura 3.6: Importância da técnica de aterramento no atual quadro de
alternativas de tratamento e disposição final do lixo urbano...
...21 Figura 3.7: Destinação final dos resíduos sólidos industriais gerados pelas
empresas associadas à Abetre – Associação Brasileira de Empresas de Tratamento, Recuperação e Disposição Final de Resíduos Especiais.
Modificado de DIAS (2001)...
. . ...22 Figura 3.8: Alternativas de tratamento dos líquidos lixiviados de aterros
sanitários por processos biológicos e físico-químicos, em unidades de
tratamento próprias ou em estação de tratamento de esgoto sanitário...
. ...38 Figura 3.9: Sistema integrado de tratamento dos RSU e do lixiviado de aterro
sanitário, proposto no presente estudo...
...48 Figura 4.1: Procedimentos de amostragem e caracterização dos resíduos
sólidos...
...55 Figura 4.2: Avaliação comparativa da geração média de resíduos na regional
centro e em Belo Horizonte. Modificado de MERCEDES (1997)...
...58 Figuras 4.3: Avaliação das diferentes condições sócio-econômicas entre as
regionais de limpeza pública do Barreiro e Sul. Modificado de MERCEDES (1997)...
. ...58
Figura 4.6: Identificação dos distritos amostrados durante o preenchimento dos reatores...
...64
Figura 4.7: Descarregamento do lixo urbano... ...66
Figura 4.8: Volume inicial amostrado... ...66
Figura 4.9: Quarteamento com pá mecânica... ...66
Figura 4.10: Vista dos quartos vis a vis... ...66
Figura 4.11: Identificação dos tambores... ...67
Figura 4.12: Equipe da UFMG e ASMARE... ...67
Figura 4.13: Caminhão “carroceria” utilizado no transporte dos tambores metálicos... ...67
Figura 4.14: Compactação manual dos resíduos... ...69
Figura 4.15: Frente de aterramento do lixo urbano na célula AC-05 (maio/2001)... ...69
Figura 4.16: Impermeabilização da área ainda não ocupada pela célula AC-05 (maio/2001)... ...69
Figura 4.17: Poço PLQ-5... ...71
Figura 4.18: Coleta do chorume bombeado do poço PLQ-5... ...71
Figura 4.19: Transferência do chorume para bombonas... ...71
Figura 4.20: Transporte das bombonas plásticas de 50 litros em caminhão tipo “carroceria”... ...71
Figura 4.21: Vista do moinho de faca... ...73
Figura 4.22: Amostras secas e trituradas em sacos plásticos hermeticamente vedados... ...73
Figura 4.23: Vista do moinho de bola... ...73
Figura 4.24: Vista da peneira vibratória... ...73
segregação... ...74 Figura 4.27: Esquema de determinação do teor de umidade nas amostras de
RSU...
...75 Figura 4.28: Frascos plásticos contendo soluções diluídas e concentradas de
amostras já digeridas e filtradas...
...76 Figura 4.29: Detalhe do espectrofotômetro de absorção atômica... ...76 Figura 4.30: Vista geral do aparato experimental utilizado na pesquisa... ...77 Figura 4.31: Esquema dos reatores experimentais de digestão dos resíduos
sólidos urbanos...
...78 Figura 4.32: Dispositivos de amostragem do chorume drenado nos reatores de
RSU...
...79 Figura 4.33: Vista do topo dos reatores de RSU. Detalhe do sifão e do
dispositivo de coleta do biogás. ...
...79 Figura 4.34: Sistema de coleta, amostragem e medição do biogás, e bombas
peristálticas para recirculação do chorume. ...
...79 Figura 4.35: Configuração geral do reator UASB. ... ...80 Figura 4.36: Dispositivo de entrada do reator UASB. ... ...80 Figura 4.37: Vista do compartimento de decantação do reator UASB, bomba
de dosagem de solução tampão, e caixa de distribuição do chorume tratado...
...81 Figura 4.38: Detalhe da caixa de distribuição e mistura do chorume tratado
em reator UASB. ...
...81 Figura 4.39: Fluxograma das duas linhas operacionais do experimento
contempladas neste estudo. ...
...82 Figura 4.40: Recipiente contendo o inóculo para análise de DBO. Aeração
contínua do chorume por um soprador...
...87 Figura 4.41: Destilador para análise do nitrogênio amoniacal e orgânico
segundo método macro-Kjeldahl. ...
...88
Figura 4.44: Ultra-som para separação das fases orgânica e inorgânica... ...91 Figura 4.45: Cromatógrafo para análise de ácidos graxos voláteis... ...91 Figura 4.46: Comparação de resultados de ferro em chorume, pelos métodos
de rotina e adição...
...93 Figura 4.47: Sistema adaptado para amostragem e injeção do biogás no
cromatógrafo. ...
...94 Figura 4.48: Seringas conectadas a dispositivo de três vias para amostragem
do biogás. ...
...94 Figura 4.49: Cromatógrafo para determinação dos teores de metano e dióxido
de carbono. ...
...94 Figura 5.1: Composição gravimétrica média do lixo urbano amostrado para
preenchimento dos reatores anaeróbios (LIBÂNIO, 2002). ...
...99 Figura 5.2: Composição gravimétrica média do lixo urbano do município de
Belo Horizonte. Modificado de MERCEDES (1997)...
...99 Figura 5.3: Comparação dos resultados obtidos na caracterização do lixo
urbano em trabalhos preliminares e durante o preenchimento dos reatores experimentais...
. ...101 Figura 5.4: Dispersão dos pontos amostrais após ajuste inicial de modelo
linear. ...
...107 Figura 5.5: Visualização da boa correlação entre as grandezas após tratamento
estatístico. ...
...107 Figura 5.6: Determinação do fator de correlação para estimativa do teor de
carbono a partir da determinação dos sólidos voláteis...
...108 Figura 5.7: Avaliação da interferência da granulometria na determinação das
concentrações médias dos diversos metais em amostras de resíduos sólidos urbanos (N = 10 amostras). ...
. ...110 Figura 5.8: Evolução temporal da DBO nas duas linhas de operação... ...112 Figura 5.9: Evolução temporal da DQO filtrada nas duas linhas de operação.... ...112
Figura 5.12: Variação da razão DBO/DQO total nas duas linhas de operação.. ...113 Figura 5.13: Avaliação da eficiência de remoção de DQO no reator UASB,
considerando-se a hidrólise total da fração particulada...
...115 Figura 5.14: Evolução temporal da concentração de sólidos suspensos e
dissolvidos voláteis na linha de tratamento convencional dos RSU (linha 1)....
...116 Figura 5.15: Evolução temporal da concentração de sólidos suspensos e
dissolvidos voláteis na linha de tratamento integrado dos RSU (linha 3)...
...116 Figura 5.16: Variação da razão SSV/STV nas duas linhas de operação... ...117 Figura 5.17: Evolução temporal da concentração de nitrogênio orgânico nas
duas linhas de operação...
...118 Figura 5.18: Evolução temporal das concentrações de nutrientes, NTK e
fósforo, no afluente e efluente do reator UASB...
...119 Figura 5.19: Evolução temporal das concentrações de ácidos graxos voláteis,
alcalinidade total e pH nas duas linhas de operação...
...121 Figura 5.20: Evolução das concentrações de ácidos graxos voláteis,
alcalinidade total e pH no efluente do reator UASB...
...122 Figura 5.21: Variação das concentrações de alcalinidade bicarbonato e de
ácidos voláteis na linha de tratamento integrado (linha 3)...
...122 Figura 5.22: Variação da relação AGV/AT em ambas as linhas de operação.... ...124 Figura 5.23: Concentrações médias de ácidos graxos voláteis em ambas as
linhas de operação e no efluente do reator UASB, imediatamente antes do início dos procedimentos de correção do pH da linha 3, determinadas por cromatografia gasosa (N = 6 amostras)...
. . ...125 Figura 5.24: Evolução temporal das concentrações de cloreto nas duas linhas
de operação...
...126 Figura 5.25: Evolução temporal das concentrações de sulfeto nas duas linhas
de operação...
...127
em ambas as linhas de operação... ...128 Figura 5.28: Evolução da concentração de nitrogênio amoniacal no afluente e
efluente do reator UASB...
...128 Figura 5.29: Evolução das concentrações de manganês e alumínio nas duas
linhas de operação e no efluente do reator UASB...
...130 Figura 5.30: Evolução das concentrações de zinco e ferro nas duas linhas de
operação e no efluente do reator UASB...
...130 Figura 5.31: Evolução das concentrações de cálcio e magnésio nas duas linhas
de operação e no efluente do reator UASB...
...131 Figura 5.32: Evolução das concentrações de níquel e cobre nas duas linhas de
operação e no efluente do reator UASB...
...131 Figura 5.33: Evolução da concentração de cromo nas duas linhas de operação
e no efluente do reator UASB...
...131 Figura 5.34: Evolução das concentrações médias de metano e dióxido de
carbono nas 2 linhas de operação e no reator UASB, por cromatografia gasosa...
.
...133 Figura 5.35: Produção acumulada de biogás nas duas linhas de operação... ...134 Figura 5.36: Avaliação qualitativa da produção de sólidos na digestão
anaeróbia, destacando-se a correlação dos principais fatores intervenientes (substrato e microrganismos). Adaptado de CHERNICHARO (1997)...
. ...136 Figura 5.37: Balanço de massa no sistema de tratamento integrado dos RSU e
do chorume...
...137 Figura 5.38: Evolução do perfil de sólidos no reator UASB, determinado nas
4 fases de operação do sistema integrado (linha 3)...
...139 Figura 5.39: Avaliação das concentrações de metais pesados no lodo
biológico em diferentes níveis do reator UASB, no início e término do período de monitoramento...
. ...141
Tabela 4.2: Dados relativos às condições climáticas e ao caminhão de coleta, nos dias de amostragem dos resíduos sólidos urbanos de Belo Horizonte...
...65
Tabela 4.3: Evolução do preenchimento dos reatores anaeróbios...68
Tabela 4.4: Identificação das fases de operação do sistema integrado (linha 3)...84
Tabela 4.5: Parâmetros hidráulicos de operação do reator UASB... ...84
Tabela 4.6: Relação dos parâmetros físico-químicos de interesse, freqüência das análises, e dos respectivos métodos de preparação de amostras e de determinação de seus valores. ... . ...86
Tabela 4.7: Relação dos parâmetros físico-químicos de interesse, freqüência das análises, e dos respectivos métodos de preparação de amostras, utilizando-se técnicas de instrumentação por cromatografia líquida, gasosa e espectrofotometria de absorção atômica... . . ...89
Tabela 5.1: Estimativa da densidade inicial dos resíduos sólidos urbanos...95
Tabela 5.2: Avaliação do grau de compactação dos resíduos sólidos urbanos... ...95
Tabela 5.3: Composição gravimétrica do lixo urbano amostrado nas diversas regionais... ... 98
Tabela 5.4: Determinação da composição gravimétrica do lixo urbano segundo diferentes metodologias e em épocas distintas... ...100
Tabela 5.5: Teor de umidade da fração “potencialmente biodegradável” do lixo urbano... ...102
Tabela 5.6: Teor de umidade corrigido, considerando-se a massa total de resíduos amostrada... ...103
Tabela 5.7: Teores de carbono, hidrogênio e nitrogênio pela análise instrumental...104
Tabela 5.8: Estimativa da composição química de materiais constituintes do lixo urbano... ...105
Tabela 5.9: Teores de sólidos voláteis no lixo urbano amostrado...106
Tabela 5.10: Teores de metais pesados determinados em amostras de RSU, por espectrofotometria de absorção atômica (EAA)... ...109
(NTK) e fósforo total, aferidas no chorume drenado dos reatores de RSU de ambas as linhas de operação...
.
...120 Tabela 5.13: Avaliação da produção de biogás e metano nas duas linhas de
operação...
...134 Tabela 5.14: Comparação entre os teores de metais pesados em amostras do lodo
biológico do reator UASB tratando chorume, após 140 dias de operação, e aqueles referenciados em alguns outros trabalhos, relativos ao lodo de esgoto sanitário...
. .
...142 Tabela 5.15: Avaliação da possibilidade de reciclagem do lodo biológico do
reator UASB...
...142
1. INTRODUÇÃO
1.1. A Questão dos Resíduos Sólidos
Desde o fim do feudalismo europeu, observa-se o fenômeno do êxodo rural na sociedade ocidental, mas, somente a partir da Revolução Industrial, pôde-se notar uma significante deterioração da qualidade de vida nos aglomerados populacionais, evidenciada pela insalubridade e ausência das mínimas condições de saneamento e higiene em residências e locais de trabalho. No Brasil, a segunda metade do século XX foi marcada pela transição entre uma sociedade tipicamente rural, caracterizada por um padrão de vida médio simples, e uma população urbana extremamente heterogênea e desigual.
O crescimento acelerado dos centros urbanos nos últimos cinqüenta anos pôs em cheque a capacidade do homem moderno de solucionar a equação do “desenvolvimento com preservação” ou, simplesmente, “desenvolvimento sustentável”, isto é, produzir os bens necessários à civilização sem, no entanto, comprometer o bem estar e a sobrevivência das gerações futuras.
Diferentemente de épocas passadas, nas quais a maior preocupação se restringia ao atendimento das necessidades vitais primárias e à manutenção da estrutura sócio-econômica;
devido ao crescente esgotamento das reservas naturais de mais fácil exploração e à severa deterioração das condições de seu hábitat, a humanidade começou a voltar seus olhos na busca de um equilíbrio estável entre o homem e o meio ambiente. Neste sentido, a gestão dos resíduos sólidos urbanos, juntamente com o suprimento da demanda hídrica, serão, possivelmente, os maiores desafios da sociedade no século XXI.
Apesar do enorme conhecimento e sofisticada tecnologia sob domínio do homem, não se pode prever, no campo das ciências aplicadas, processos com eficiência absoluta, sem nenhuma perda de massa ou de energia. A geração de “resíduos”, sejam eles líquidos, gases ou sólidos, é uma realidade inerente a toda e qualquer operação física ou processo bioquímico pertinentes à transformação e utilização dos recursos naturais e, portanto, de interesse da engenharia sanitária e ambiental.
Os resíduos sólidos se constituem basicamente de subprodutos ou rejeitos do setor primário, industrial e de serviço, de materiais e utilitários sem mais valia ou com algum grau de periculosidade, bem como dos próprios poluentes retidos em estações e equipamentos de controle da poluição. Desta forma, é interessante destacar que, caso viabilizem-se meios de re-inserção e aproveitamento econômico, a denominação de “resíduo” ou simplesmente “lixo”
não mais se aplicará a um grande contingente de materiais hoje descartados.
Estes resíduos são gerados em diversos momentos do processo produtivo, desde a extração da matéria-prima, passando pelo transporte e beneficiamento em indústrias de base ou de bens duráveis, até as etapas de distribuição e consumo das mercadorias. Como apresentado na Figura 1.1, ao se analisar a delicada relação produção versus poluição, os resíduos sólidos podem ser classificados em dois grandes grupos: industriais e urbanos.
Figura 1.1: Geração dos resíduos sólidos em diversos momentos da seqüência de transformação e utilização dos recursos naturais.
Os resíduos sólidos industriais estão intrinsecamente relacionados às atividades iniciais de exploração dos recursos naturais, transporte, e transformação de materiais em estado bruto em produtos semi-acabados ou manufaturados, de maior valor agregado. Devido à considerável gama de processos industriais e produtos auxiliares envolvidos – corantes, catalisadores, solventes e outros – os resíduos sólidos resultantes da atividade industrial comumente apresentam riscos potenciais ao meio ambiente e à saúde pública, merecendo especial atenção no seu trato. O ônus e a responsabilidade pelo manuseio, acondicionamento, armazenagem, coleta, transporte e disposição final dos resíduos industriais ficam geralmente a cargo das
próprias indústrias, cabendo às autoridades e órgãos públicos a fiscalização e coibição do descumprimento à legislação ambiental vigente. No Brasil, a ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – editou um conjunto de normas que tratam dos procedimentos e critérios para classificação dos resíduos sólidos industriais: perigosos, não inertes e inertes;
classes I, II e III, respectivamente (ABNT, 1987).
Por sua vez, a geração dos resíduos sólidos urbanos (RSU) se dá nas etapas finais de distribuição das mercadorias ou após o consumo dos bens, envolvendo o descarte ou perda de uma infinidade de materiais: embalagens plásticas, de papel ou papelão; recipientes de vidro, lata ou alumínio; produtos putrescíveis; objetos de uso pessoal, artigos de higiene, peças de vestuário e diversos utilitários; bens duráveis tais como eletrodomésticos, mobílias e outros.
Somam-se ainda aqueles provenientes da prestação de serviço público – varrição, capina e poda –, unidades de saúde, entulhos da construção civil e materiais de disposição complicada, como medicamentos, pilhas e baterias.
A coleta e disposição final dos resíduos sólidos urbanos, diferentemente daqueles de origem industrial, são usualmente de responsabilidade do poder público municipal. Apesar dos primeiros muitas vezes não apresentarem a mesma periculosidade dos últimos, por não possuírem a mesma natureza inflamável, tóxica ou reativa, o equacionamento da questão dos resíduos sólidos urbanos nas municipalidades se mostra ainda mais aflitivo e de difícil solução.
Tal assertiva é mais facilmente crível se observados alguns fatores de distinção entre estes dois grandes grupos de resíduos sólidos. Primeiramente, devido aos meios e recursos disponíveis, à responsabilidade da gestão dos próprios resíduos, e ao ambiente organizado e disciplinado, os resíduos gerados no processo industrial podem ser mais facilmente coletados e dispostos em separado, por etapa, processo ou máquina, evitando-se, assim, a contaminação de materiais inertes por aqueles considerados não-inertes ou perigosos. A coleta e acondicionamento em separado dos resíduos permitem a reutilização de certos materiais pela própria indústria ou por outras, seja como matéria-prima ou combustível.
Diferentemente, a coleta em separado dos materiais constituintes do lixo urbano, conhecida por “coleta seletiva”, se mostra muito mais complicada, devido à natureza extremamente heterogênea dos resíduos e à necessidade de viabilização de toda uma infra-estrutura de coleta e transporte dos resíduos segregados nos domicílios, estabelecimentos comerciais ou prédios públicos. Além disto, o sucesso desta estratégia depende da ampla aceitação dos produtos reciclados e da constante mobilização social.
Outros fatores complicadores da gestão dos resíduos sólidos urbanos residem na descontinuidade de políticas públicas de saneamento a médio e longo prazo, e na menor eficiência e comprometimento do poder público municipal, pouco exigido e fiscalizado pela sociedade e órgãos competentes, com seus recursos financeiros quase sempre limitados.
Considerando-se estas dificuldades encontradas para uma adequada gestão do lixo urbano, o que se observa é um quadro alarmante nos municípios de pequeno, médio e grande porte.
Enquanto os primeiros sofrem pela carência de uma infra-estrutura adequada, com baixos índices de atendimento à população pelos serviços de limpeza pública, os últimos se deparam com o esgotamento da capacidade instalada para disposição final das enormes quantidades de resíduos diariamente coletadas.
A consciência ainda incipiente da sociedade, traduzida no descaso das classes mais abastadas pela questão do lixo urbano, compromete o desejável “desenvolvimento sustentável”.
Ironicamente, a “revolução” dos costumes e hábitos, tão necessária neste caso, vem sendo impulsionada não pelas elites, mas sim, pela população excluída da estrutura social e econômica, e que, diante de sua miséria e instinto de sobrevivência, conseguiu atribuir valor a diversos materiais constituintes do lixo urbano.
1.2. Digestão Anaeróbia de Resíduos Sólidos Urbanos em Aterros
Apesar das inúmeras experiências bem sucedidas na recuperação e reciclagem de constituintes dos resíduos sólidos urbanos, o montante total reaproveitado ainda não faz frente ao volume de lixo gerado diariamente. Assim, tendo em vista que a incineração dos resíduos tem sua aplicabilidade técnica e econômica restrita àqueles considerados perigosos, usualmente de origem industrial ou hospitalar, o aterramento do lixo urbano responde, forçosamente, pela destinação final da quase totalidade dos resíduos coletados.
Os aterros não devem ser entendidos meramente como locais de confinamento do lixo urbano, mas sim como obras de engenharia, reatores dentro dos quais se processam inúmeros fenômenos físicos, químicos e biológicos, sendo necessárias diversas intervenções para contenção de poluentes líquidos e gasosos. Assim, faz-se urgente e necessário o conhecimento destes processos e domínio das técnicas de operação.
Esta preocupação consta de dois dos quatro temas prioritários do PROSAB – Programa de Pesquisa em Saneamento Básico: “alternativas de disposição de resíduos sólidos urbanos para pequenas comunidades” (Tema 3) e “digestão anaeróbia de resíduos sólidos orgânicos e aproveitamento de biogás” (Tema 4). Este estudo se insere no contexto de um projeto maior de doutoramento, financiado pelo PROSAB, Edital III, Tema 4, no qual buscar-se-á entender mais objetivamente a dinâmica dos processos físicos e bioquímicos observados durante a digestão anaeróbia do lixo urbano aterrado, submetido a diferentes condições de operação.
Desta forma, a avaliação de procedimentos operacionais que visam a redução dos tempos de estabilização da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU) confinados em aterros, através do tratamento e recirculação dos líquidos drenados, será o eixo norteador da dissertação.
2. OBJETIVOS
O objetivo geral desta pesquisa é a avaliação, em laboratório, da eficiência e aplicabilidade de um sistema integrado “aterro celular / reator UASB” no tratamento de resíduos sólidos urbanos e de chorume. Este tratamento consiste na recirculação contínua do chorume, através das duas unidades complementares (aterro celular e reator UASB), e inoculação da digestão anaeróbia dos resíduos sólidos urbanos (RSU) com o lodo biológico excedente produzido no reator UASB.
Por sua vez, ter-se-ão ainda como objetivos específicos:
• caracterização físico-química dos resíduos sólidos urbanos amostrados em aterro sanitário e confinados nos reatores experimentais;
• verificação da evolução de parâmetros físico-químicos do chorume drenado nos reatores anaeróbios de resíduos sólidos urbanos;
• quantificação da produção de biogás nos reatores anaeróbios de resíduos sólidos urbanos e no reator UASB, determinando-se as concentrações de seus principais constituintes: metano e dióxido de carbono;
• avaliação do comportamento e eficiência do tratamento biológico do chorume por via anaeróbia, com a quantificação da produção e aferição das características do lodo biológico no interior do reator UASB.
3. REVISÃO DA LITERATURA
3.1. Considerações sobre a Realidade dos Resíduos Sólidos
3.1.1 Alguns Aspectos sobre a Realidade no Brasil e no Mundo
Desejosa de um número cada vez maior de objetos manufaturados, outrora não tão indispensáveis, senhora de técnicas e meios de produção agrícola e industrial capazes de suprir por completo uma demanda voraz, a população dos grandes centros urbanos acostumou-se ao superconsumismo, não significando, contudo, a supressão das básicas necessidades de um enorme contingente de pessoas.
A capitalização das classes menos abastadas, refugiadas em zonas periféricas geralmente não atendidas pelo poder público, não se traduziu na melhoria das condições de vida dessas populações, mas sim, no simples incremento do consumo, tão desejável em uma sociedade industrializada. Ademais, a extremada injustiça social, somada à conscientização ainda incipiente acerca da preservação ambiental, contribuem para o agravamento do quadro sanitário e de saúde púbica na grande maioria dos países em desenvolvimento.
Por outro lado, a mesma sociedade ainda não conseguiu administrar as enormes quantidades de rejeitos sólidos geradas ao longo do processo produtivo ou após o consumo final. Vários fenômenos contribuem para o incremento da geração de resíduos sólidos per capita, entre os quais destacam-se a forte tendência de substituição do renovável e necessário pelo descartável e fugaz, e o aumento do valor agregado de manufaturados pela inserção de subprodutos na cadeia produtiva.
No Brasil, uma pesquisa realizada pelo IPT/CEMPRE (1995) apud TÁVORA JÚNIOR et al.
(2000) apontou o aumento na quantidade de lixo gerado, destacando uma rápida mudança na composição do lixo urbano, com o decréscimo dos resíduos orgânicos facilmente degradados – 76% em 1965 para cerca de 47% em 1990 – e uma maior presença de resíduos inertes ou lentamente biodegradáveis, embora os primeiros continuem sendo a fração predominante.
Em seu trabalho, LIMA et al. (2000b) apresentaram uma série histórica de dados sobre a composição gravimétrica do lixo urbano no município do Rio de Janeiro, verificando uma estreita relação entre o percentual de matéria orgânica e o poder aquisitivo da população. Os autores observaram, ainda, uma nítida tendência de queda na proporção de papel e papelão, atribuindo tal fato à substituição destes materiais por embalagens plásticas e à maior reciclagem dos mesmos.
A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos descreve a forte correlação observada entre o incremento da geração de resíduos sólidos urbanos e o crescimento da atividade econômica, medida pelo Produto Interno Bruto (PIB) e pelos gastos no consumo, estimando um volume total de 217 milhões de toneladas de lixo urbano em 1997, cerca de aproximadamente 1,5 kg/hab.dia. Este montante é bem superior àquele reportado no período entre 1960 e 1990, que subiu de aproximadamente 90 para 200 milhões de toneladas/ano.
Papel e papelão, e os resíduos orgânicos vegetais – podas, folhagens, restos de jardinagem, capina e roçagem – foram as duas maiores categorias identificadas, respectivamente, respondendo por 51% da massa de lixo urbano. (EPA, 1999). O papel é o maior constituinte do lixo urbano em países industrializados, 40% nos Estados Unidos e 33% no Reino Unido (CAIRNCROSS, 1993).
Ademais, face às rápidas mudanças nos hábitos de consumo e da escala de produção industrial, a escolha da melhor tecnologia para tratamento dos resíduos sólidos, bem como a determinação da forma mais adequada de dispô-los no meio ambiente, tornou-se uma equação crucial e de difícil solução.
A Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, realizada em 1991 pelo Instituto Brasileiro de Geografia e de Estatística (IBGE), estimou uma produção diária de 90.000 toneladas de lixo doméstico no Brasil, sendo uma grande parcela não coletada ou descartada em locais impróprios, próximos à população e cursos d’água, enquanto que do volume coletado, 76%
eram transportados para lixões, locais sem nenhuma infra-estrutura, igualmente inapropriados à destinação final dos rejeitos.
A Figura 3.1 apresenta uma compilação dos dados estatísticos do censo demográfico do IBGE (1991), referentes à porcentagem da população segundo a destinação de seu lixo. Pode-se observar que o atendimento à população pelo serviço público de coleta é bem mais significativo nas regiões Sudeste, Sul e Centro-Oeste, havendo uma carência maior nas regiões Norte e Nordeste.
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Norte Nordeste Sudeste Sul Centro-Oeste
Região
Porcentagem da população (%)
Coletado Queimado Enterrado
Jogado em local impróprio * Outro
* Terrenos baldios, rios, lagos e mares
Figura 3.1: Comparação entre as diferentes regiões do território nacional quanto à destinação final dos resíduos domiciliares. Adaptado do IBGE (1991).
SOARES et al. (2000) citaram um estudo do Ministério da Ação Social, no qual constatou-se que das 80 mil toneladas de resíduos geradas diariamente nas cidades, apenas a metade era coletada, sendo o restante disposto indevidamente em logradouros públicos, encostas de morros, terrenos baldios ou às margens de cursos d’água. A situação descrita é ainda pior, uma vez que o mesmo estudo ainda revela que, do volume total coletado, somente 3% têm uma destinação final adequada, enquanto os demais são transportados pelo próprio serviço de coleta até os lixões ou “bota-foras”, locais sem a mínima infra-estrutura para contenção dos poluentes e impedimento da proliferação de vetores sanitários.
Conforme descrito por TÁVORA JÚNIOR et al. (2000), o despejo a céu aberto corresponde a 90% da destinação dos resíduos sólidos urbanos coletados na região Nordeste do país.
Segundo os autores, os aterros controlados e sanitários respondem, respectivamente, por 10 e 13% da disposição final do lixo coletado, estando estes últimos concentrados na região Sudeste.
Usualmente, no Brasil, a incineração destina-se basicamente aos resíduos perigosos sendo, portanto, pouco praticada com o lixo urbano. Assim, este tratamento é empregado com apenas 0,1% dos resíduos sólidos, correspondente aos resíduos provenientes de centros de saúde (TÁVORA JÚNIOR et al., 2000). Segundo CAIRNCROSS (1993), os hospitais norte- americanos geram diariamente, em média, cerca de 2 kg de resíduos sólidos por leito, desde seringas e agulhas descartáveis até lençóis e restos cirúrgicos, sendo 80% destes resíduos incinerados.
A compostagem e reciclagem respondem por apenas 0,9 e 2,2% do lixo urbano gerado e coletado no país (TÁVORA JÚNIOR et al., 2000). Estas estatísticas demonstram que tais alternativas de tratamento ainda têm uma utilização muito aquém de seu potencial, sendo inexpressivas quando comparadas às de outros países. Segundo PEREIRA NETO (1993) apud LEITE et al. (1996), do volume total dos resíduos coletados no país, apenas 1% destina-se às usinas de compostagem. Vale destacar que são os catadores, trabalhadores informais, de baixa renda e que, salvas raras exceções, trabalham em condições inadequadas, os responsáveis por 80% do “negócio” da reciclagem, coletando, classificando, separando e preparando os materiais recicláveis para a comercialização (DIAS, 2001).
DIAS (2001) apresentou estatísticas diferentes e ainda mais preocupantes, afirmando que os serviços de coleta de lixo atendem a 76% da população urbana do país. Infelizmente, 97% dos quase 12 mil locais de destinação final dos resíduos sólidos utilizados pelas municipalidades em todo o país são impróprios e tecnicamente condenáveis – 63% são corpos d’água e 34%
são vazadouros ou lixões a céu aberto – e, apenas 3%, dispostos por meios adequados – aterro sanitário, compostagem, reciclagem ou incineração.
Nos Estados Unidos, os percentuais de recuperação de materiais constituintes do lixo urbano, por compostagem ou reciclagem, cresceram de 2,0 e 14,2%, em 1990, para 5,6 e 22,4%,
respectivamente, em 1997 (EPA, 1999). A Figura 3.2 ilustra a diferente situação no Brasil e nos Estados Unidos, em 2000, concernentes ao tratamento e disposição final dos resíduos sólidos urbanos.
2,2 24,1 23
16,7
53,3
0,9 0,1
5,9 0
10 20 30 40 50 60
Reciclagem Compostagem Incineração Aterramento Destinação Final dos RSU
Porcentagem da Geração (%) Brasil (TÁVORA JÚNIOR et al., 2000) * Estados Unidos (EPA,1998) **
* Dados relativos aos resíduos coletados.
** Estimativas apresentadas no relatório para o ano de 2000. LIBÂNIO (2002) Figura 3.2: Comparação entre as alternativas empregadas na destinação final dos resíduos sólidos urbanos, no Brasil e nos Estados Unidos.
3.1.2 Alguns Aspectos sobre a Realidade em Belo Horizonte
Diferentemente, a situação da limpeza urbana em Belo Horizonte é bem melhor que a realidade nacional, com atendimento de 91% de sua população, sendo 78% o índice de atendimento por coleta em vilas e favelas (PBH, 2001). Ademais, a capital mineira possui programas que visam a recuperação e reaproveitamento dos resíduos recicláveis e orgânicos.
Existem duas estações de reciclagem de entulho da construção civil (Pampulha e Estoril) que produzem, juntas, cerca de 260 toneladas de material britado por dia. Este material retorna à construção civil, substituindo os agregados (areia e brita) ou o minério de ferro em obras de pavimentação, como base e sub-base de vias públicas. Entretanto, a maior parte do entulho de
obras civis – aproximadamente 1800 toneladas/dia ou 40% da massa total de resíduos aterrados diariamente – destina-se, ainda, ao aterro sanitário do município, compondo o material de cobertura das células.
Os materiais recicláveis, obtidos em locais de entrega voluntária, por veículos da Prefeitura e da Associação dos Catadores de Papel e de Materiais Recuperáveis (ASMARE), ou recolhidos junto aos estabelecimentos comerciais, instituições públicas e privadas, através de carrinhos individuais de tração humana, são levados aos galpões de triagem, nos quais os materiais são segregados e, então, encaminhados para a ASMARE para sua comercialização.
A coleta seletiva de materiais recicláveis – vidro, papel/papelão, metal e plástico – é ainda bem modesta, de aproximadamente 500 a 600 toneladas/mês, ou seja, 0,5% da geração total de resíduos no município (PBH, 2001).
Por sua vez, uma pequena fração dos resíduos orgânicos, constituídos da mistura de material palhoso e restos de alimentos putrescíveis, é encaminhada à unidade de compostagem, situada no aterro sanitário municipal. O composto orgânico obtido é destinado às hortas de escolas públicas e às áreas verdes da cidade, para condicionamento do solo (PBH, 2001). A Figura 3.3 apresenta um esquema geral da gestão do lixo urbano no município de Belo Horizonte.
LIBÂNIO (2002) Figura 3.3: Destinação do lixo urbano coletado no município de Belo Horizonte.
Adaptado de PBH (2001).
Entretanto, apesar dos esforços da prefeitura em minimizar a quantidade de resíduos sólidos urbanos destinados ao aterro sanitário municipal, a cidade enfrentará sérios problemas para dispor de aproximadamente 3,5 a 4 mil toneladas de lixo geradas diariamente.
A Central de Tratamento de Resíduos Sólidos da BR-040, único aterro sanitário do município, encontra-se em fase final de operação. A outra área disponível para a destinação do lixo urbano de Belo Horizonte, Capitão Eduardo, foi ocupada pela população na administração do ex-prefeito Ferrara, dificultando a implantação de um novo aterro sanitário naquele local, pois conflita com os interesses dos moradores da região, receosos de eventuais riscos à sua saúde e de problemas com odor e poeira, ocasionados pela proximidade deste empreendimento.
Desta forma, a Secretaria Municipal de Limpeza Urbana (SMLU) busca meios de prorrogar ao máximo o término das operações no aterro municipal, adotando, desde 1996, a técnica de
recirculação do chorume drenado, com objetivo de acelerar o tratamento dos resíduos sólidos confinados. Todavia, apesar dos aspectos benéficos da recirculação do chorume para a estabilização da fração orgânica dos resíduos aterrados (LIMA, 1988; BALDOCHI et al., 1996; PESSIN et al., 1997; CINTRA et al., 2001b), muito ainda se desconhece sobre a real influência e magnitude de seus efeitos. Adicionalmente, é difícil de se imaginar quais os ganhos advindos deste procedimento referentes ao reaproveitamento das enormes quantidades aterradas de materiais inertes, pouco ou lentamente biodegradáveis.
3.2. Possibilidades de Minimização da Geração de Resíduos Sólidos
O incremento da parcela de resíduos sólidos recuperados junto aos rejeitos públicos ou provenientes das indústrias, sendo, então, reaproveitados pela atividade econômica, será a questão crucial e definitiva para o desenvolvimento sustentável da sociedade atual e futura.
Entretanto, a minimização dos impactos ambientais relativos aos resíduos sólidos passa pela sensibilização dos diversos agentes – governo, indústria, comércio, sociedade civil organizada, entre outros – e por diversas ações integradas. Além disto, as alternativas usualmente adotadas mostram-se, por vezes, inadequadas à realidade local de pequenas e grandes cidades. A Figura 3.4 correlaciona algumas das diversas alternativas de recuperação dos resíduos com as respectivas etapas do processo produtivo, na geração e/ou recebimento dos rejeitos: reciclagem primária ou industrial, secundária ou pós-consumo, terciária ou química, e quaternária ou energética (TEIXEIRA et al., 1999).
LIBÂNIO (2002)
Figura 3.4: Possibilidades de minimização dos impactos ambientais devido à menor geração de resíduos sólidos e utilização de recursos naturais.
Segundo a CETESB (1992), a minimização dos resíduos sólidos industriais objetiva a redução da sua carga poluidora, obtida pela diminuição dos volumes gerados ou de sua toxicidade, existindo, basicamente, duas estratégias possíveis a serem adotadas: redução na fonte e/ou
reciclagem. A primeira consiste em modificações dentro do próprio processo industrial, com alterações de matérias-primas, produtos auxiliares, tecnologia ou de procedimentos operacionais. A reciclagem, por sua vez, implica na recuperação ou reuso de resíduos ou de seus constituintes que apresentem algum valor econômico.
O reaproveitamento dos resíduos sólidos industriais é, hoje, uma realidade para diversos setores industriais, que se beneficiam pela aquisição de matérias-primas ou combustível de menor custo, pela redução do ônus com o tratamento e disposição de seus resíduos, ou, ainda, pela receita advinda com o recebimento e destinação final dos resíduos gerados em outras indústrias. Diversas experiências bem sucedidas são relatadas na literatura (SILVA et al., 1992; CERQUEIRA & ALVES, 1999; DIAS, 2001), com soluções que envolvem diferentes modalidades de gestão, desde o co-processamento dos resíduos sólidos, até a venda ou doação dos rejeitos sólidos em “bolsas de resíduos”.
Entretanto, o cenário relativo à recuperação dos resíduos sólidos urbanos no Brasil, seja através da reciclagem de alguns de seus materiais constituintes, seja através da compostagem da fração orgânica, mostra-se pouco significativo e restrito a alguns poucos elementos:
metais, papel e papelão, plástico e vidro. Salvo algumas exceções, notadamente o alumínio, os índices de reciclagem e reaproveitamento no Brasil são bem inferiores aos de outros países desenvolvidos. A Figura 3.5 ilustra a evolução temporal da geração de resíduos sólidos urbanos nos Estados Unidos, e o aumento significativo da importância da reciclagem e compostagem, dentre as alternativas de disposição final.
Figura 3.5: Crescimento da reciclagem e compostagem nos Estados Unidos, possibilitando a manutenção das quantidades de lixo urbano destinadas à incineração ou aterramento. Dados de pesquisas realizadas entre 1960 e 1997 e projeções até 2005. Adaptado de EPA (1999).
Entretanto, apesar de todas as possibilidades e estratégias de minimização da geração de resíduos sólidos, enormes quantidades de resíduos ainda não se mostram potencialmente recuperáveis, seja pela inexistência de tecnologias economicamente viáveis ou pela indisponibilidade das mesmas, sendo, então, submetidos a processos de pré-tratamento ou simplesmente incinerados e/ou aterrados. Ademais, parte dos resíduos sólidos submetidos aos processos de recuperação permanecem inapropriados para uma posterior utilização.
Especificamente com relação aos resíduos sólidos urbanos, os itens seguintes apresentam uma breve descrição das alternativas usualmente empregadas no pré-tratamento, tratamento e destinação final dos mesmos. Ademais, procura-se mostrar a importância da técnica de aterramento do lixo urbano dentro do quadro de alternativas existentes e, ao mesmo tempo, a necessidade de aprimoramento ou reformulação de algumas das variáveis operacionais envolvidas.
3.3. Tratamento e Disposição Final dos Resíduos Sólidos Urbanos 3.3.1. Incineração
A incineração, entendida como a queima controlada de resíduos sólidos ou semi-sólidos, é amplamente empregada em países desenvolvidos, nos quais a indisponibilidade de área, o elevado custo com mão-de-obra qualificada e a possibilidade de grandes investimentos iniciais, justificam a automação de processos e a adoção de operações de controle da poluição sofisticadas. Esta não é, ainda, a realidade dos países em desenvolvimento, onde a incineração tem sua aplicabilidade restrita a alguns casos, notadamente resíduos de unidades de saúde e perigosos, secagem de lodos de estações de tratamento de esgotos e outros.
A incineração é mais usualmente empregada no tratamento dos resíduos sólidos industriais. A CETESB (1992) aponta a incineração como a melhor solução para tratar resíduos altamente persistentes, tóxicos e muito inflamáveis, tais como solventes e óleos não passíveis de recuperação, defensivos agrícolas halogenados e várias drogas farmacêuticas.
No caso dos resíduos sólidos urbanos, sua aplicabilidade é bem mais restrita. Todavia, seu emprego justifica-se em alguns casos como, por exemplo, em grandes metrópoles, onde, por indisponibilidade de áreas, ou pelo elevado custo com o transporte dos resíduos até regiões mais distantes, a incineração se faz mais interessante que o simples aterramento.
Adicionalmente, existe a possibilidade de produção de energia através da combustão do lixo urbano. Nos Estados Unidos, em 1997, 36,7 milhões de toneladas de resíduos foram queimadas (17% da geração de lixo urbano), sendo 97,6% em plantas de combustão de resíduos com geração de energia e apenas 2,4% em incineradores, sem geração de energia (EPA, 1999).
Apesar dos rigorosos procedimentos operacionais na incineração dos resíduos sólidos urbanos, cerca de 25% do lixo incinerado tornam-se cinzas remanescentes da combustão, devendo-se, então, dispô-las em separado, nos aterros. O percentual de resíduos da combustão do lixo urbano pode variar conforme a eficiência e configuração dos equipamentos, e dos tipos de resíduos incinerados (EPA, 1999).
3.3.2. Compostagem
Num primeiro momento, a compostagem – processo aeróbio de bioestabilização da matéria orgânica – revela-se interessante devido à relativa simplicidade operacional e vasto conhecimento acerca da produção do composto, condicionador orgânico do solo. Porém, tal prática necessita fundamentalmente da separação da fração orgânica putrescível – restos de alimentos, podas de árvores e produto da capina e roçagem – dos demais constituintes do lixo urbano, seja ainda nas residências e estabelecimentos comerciais ou, posteriormente, em locais usualmente denominados “Unidades de Triagem e Compostagem (UTC)”.
No primeiro caso, faz-se necessário não somente o envolvimento da comunidade, mas, também, a implementação da coleta seletiva pelo poder público e toda infra-estrutura para transformação dos materiais potencialmente recicláveis. Por sua vez, a posterior separação da fração orgânica e dos materiais recicláveis é algo extremamente difícil em larga escala pois, se realizada manualmente, requer um grande número de pessoas para segregação de quantidades modestas e, quando a automação é possível, nem sempre o ônus da instalação e manutenção pode ser acomodado no orçamento municipal.
Desta forma, o emprego da técnica de compostagem fica geralmente restrito às pequenas comunidades, nas quais se verificam benefícios sócio-educativos, ainda que a receita gerada seja inferior aos custos de manutenção e operação. Em alguns casos, quando há um modelo descentralizado de gestão dos resíduos sólidos urbanos, no qual diversas instituições são co- responsáveis pela destinação e tratamento de seus resíduos, a compostagem pode se mostrar uma alternativa interessante em centros urbanos de maior porte.
Semelhantemente às demais modalidades de tratamento dos resíduos sólidos, a compostagem também produz rejeitos. Após a fase final de maturação, o material é peneirado para retirada de possíveis materiais inertes, tais como pedras, fragmentos de metais, plásticos, ossos e resíduos orgânicos de difícil degradação, presentes na fração de lixo urbano utilizada quando da montagem das leiras. Os resíduos inertes, segregados do composto maturado, devem ser
aterrados, enquanto que os rejeitos orgânicos, ainda não estabilizados, podem ser incorporados na configuração de novas leiras (PEREIRA NETO, 1999).
3.3.3. Reciclagem
Utopicamente, poder-se-ia prever o reaproveitamento de toda massa de resíduos sólidos gerada na produção e consumo de mercadorias – reutilização ou reciclagem – porém, seja pela inexistência de tecnologia viável, pelo descaso ou despreparo das autoridades responsáveis, ou mesmo pela necessidade de uma grande e perpétua mobilização social, tal idéia torna-se proibitiva e impraticável.
A reciclagem não é, portanto, suficientemente importante para se prescindir de um aterro e, ainda se fosse, não se poderia desconsiderar as perdas significativas inerentes ao processo de reciclagem. A EPA (1999) cita que, em média, de 5 a 10% do volume total de resíduos processados não são recuperados.
3.3.4. Aterros
O aterramento dos resíduos sólidos implica no seu confinamento no solo, objetivando o tratamento e/ou disposição final dos mesmos. É a forma de destinação dos resíduos sólidos mais difundida e de menor custo (CETESB, 1992).
Conforme descrito nos itens anteriores, independentemente da forma de gestão dos resíduos sólidos, a técnica de aterramento deve ser sempre considerada, seja para dispor do volume de resíduos excedentes à capacidade instalada de tratamento ou recuperação, seja para dispor dos rejeitos gerados nestes processos. Portanto, deve-se reconhecer que por mais antipática e casual que possa parecer a idéia de aterrar os rejeitos sólidos, é sempre necessário prever no balanço de massa, a destinação de consideráveis quantidades de materiais não recuperáveis para confinamento adequado no solo (Figura 3.6).
LIBÂNIO (2002)
Figura 3.6: Importância da técnica de aterramento no atual quadro de alternativas de tratamento e disposição final do lixo urbano.
Os aterros devem ser capazes de conter os poluentes, reduzindo os riscos à saúde pública e ao meio ambiente, destinando-se para estes somente aqueles resíduos que contêm poluentes passíveis de atenuação no solo, por processos de degradação ou retenção físico-química (CETESB, 1992).
A configuração dos aterros industriais, usualmente responsáveis pela destinação final da maior parcela dos resíduos sólidos industriais, depende basicamente da caracterização e classificação dos resíduos – perigosos (Classe I) ou não perigosos e não inertes (Classe II) – e das condições locais geotécnicas e climatológicas, podendo-se prescindir ou não de alguns elementos de projeto (CETESB, 1992). DIAS (2001) apresentou um levantamento estatístico que confirma a maior importância do aterramento dentre as outras modalidades de tratamento e destinação dos resíduos industriais no país (Figura 3.7).
71,3
24,4
4,0 0,3
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Aterro Co-Processamento Incinerador Tratamento
Porcentagem de Resíduos Industriais (%)
Figura 3.7: Destinação final dos resíduos sólidos industriais gerados pelas empresas associadas à Abetre – Associação Brasileira de Empresas de Tratamento, Recuperação e Disposição Final de Resíduos Especiais. Modificado de DIAS (2001).
Algumas situações podem exigir certos cuidados adicionais no aterramento dos resíduos sólidos industriais, sendo necessário o pré-tratamento dos resíduos – estabilização/solidificação – ou mesmo, a cobertura de toda a superfície exposta do aterro, eliminando-se a infiltração de água pela precipitação diretamente incidente. Apesar de todos estes cuidados, não se recomenda a disposição de certos tipos de resíduos industriais em aterros, notadamente aqueles inflamáveis, oleosos, orgânico-persistentes ou que contenham líquidos livres (CETESB, 1992).
Por sua vez, os resíduos sólidos urbanos podem ser dispostos em aterros controlados ou sanitários. A operação dos aterros controlados se restringe basicamente à cobertura dos resíduos, objetivando minimizar os riscos advindos da proliferação de vetores sanitários, bem como impedir o carreamento do lixo despejado pelas águas pluviais. Ainda assim, diversos problemas não são devidamente contemplados por esta técnica de aterramento.
Os aterros sanitários apresentam uma melhor infra-estrutura para o controle da poluição, dispondo de drenos para coleta de gases e líquidos lixiviados, e impermeabilização da base.
Existem diferentes métodos para execução de aterros sanitários – método da trincheira, rampa
e área – adotados em função das condições do relevo, profundidade do lençol freático, disponibilidade de área e material de cobertura, entre outros.
O aterro sanitário é a forma de disposição de resíduos sólidos urbanos mais utilizada em todo o mundo, entretanto, em diversos momentos esta técnica é mal empregada (BORZACCONI et al., 1996b). No Brasil, os aterros sanitários respondem por somente 10% da disposição final dos resíduos sólidos urbanos coletados (IBGE, 1991).
Existe, ainda, a possibilidade de co-disposição de resíduos urbanos e industriais em aterros.
Segundo PIMENTEL JÚNIOR (1996), a co-disposição de resíduos sólidos industriais, inertes e não-inertes, com os resíduos sólidos domiciliares, em aterros sanitários, tem se mostrado uma alternativa interessante para municípios e indústrias.
3.4. Processos Anaeróbios
3.4.1. Fundamentos da Digestão Anaeróbia
Os ciclos dos elementos na biosfera, ou ciclos biogeoquímicos, se caracterizam pela contínua e cíclica transformação da matéria, com o aproveitamento energético (fluxo energético) através da cadeia trófica e o contínuo intercâmbio de elementos químicos entre meio biótico e abiótico (MOTA, 1997). Mais especificamente, tais fenômenos são possíveis pela constante síntese (seres autótrofos fotossintetizantes, como vegetais e algas, ou bactérias quimiossintetizantes) e decomposição de compostos orgânicos (seres heterótrofos, consumidores ou decompositores, através da digestão aeróbia ou anaeróbia).
Enquanto na decomposição aeróbia, reação inversa à fotossíntese, ocorre a oxidação completa dos compostos orgânicos, convertidos em água, gás carbônico e sais minerais, a decomposição anaeróbia resultada em subprodutos orgânicos – metano, álcoois, sulfetos, amônia – ainda passíveis de posterior oxidação. Na decomposição por via anaeróbia, diferentemente da aeróbia, o oxigênio não é utilizado como aceptor de elétrons, mas sim, outros compostos, tais como nitratos, sulfatos e o dióxido de carbono.
