UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Valter Caetano dos Santos
Projeto, Construção e Instrumentação de um Lisímetro em
Escala de Laboratório para Estudos em Resíduos Sólidos
Passo Fundo
2010
Valter Caetano dos Santos
Projeto, Construção e Instrumentação de um Lisímetro em
Escala de Laboratório para Estudos em Resíduos Sólidos
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Ambiental, como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Engenheiro Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Pedro Domingos Marques Prietto.
Passo Fundo
2010
TERMO DE APROVAÇÃO
VALTER CAETANO DOS SANTOS
PROJETO, INSTRUMENTAÇÃO E ENSAIO PILOTO DE UM LISÍMETRO EM ESCALA DE LABORATÓRIO PARA ESTUDOS EM RESÍDUOS SÓLIDOS
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Ambiental – Curso de Engenharia Ambiental da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo. Aprovado pela seguinte banca examinadora:
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a DEUS por ter me concedido vida e saúde.
Ao meu irmão, pelos conselhos proferidos e, em especial à minha mãe, pela sua contagiante alegria e garra de sempre.
Aos meus segundos pais, Claudio e Janda, pelo carinho, compreensão e confiança.
A Camila, pela compreensão nos momentos difíceis.
Ao orientador Prof. Pedro Prietto, agradeço pela idéia inicial, confiança no meu trabalho e valiosa contribuição para realização deste trabalho.
Ao amigo e colega Rafael Tímbola, pela dedicação ao trabalho e inestimável parceria, ao Eduardo Korf, sempre disposto a contribuir.
Enfim, a todos os meus amigos que, mesmo distantes contribuíram com a motivação necessária para a realização deste trabalho.
RESUMO
A questão dos resíduos sólidos no Brasil tem sido bastante discutida na sociedade, envolvendo diversas áreas do conhecimento: saneamento básico, meio ambiente, inclusão social e econômica dos processos de triagem e reciclagem de materiais. A busca de soluções para a destinação final ambientalmente adequada para os resíduos sólidos tem se constituído um grande desafio, pois falta um melhor entendimento sobre o funcionamento dos processos bio-físico-químicos e também das rotas metabólicas de biodegradação da massa de resíduos, bem como sua influência no comportamento dos aterros sanitários. Desta forma o uso de células experimentais de pequenas dimensões (lisímetros), as quais representam uma técnica bastante interessante do ponto de vista experimental, podem contribuir para uma melhor compreensão de tais fenômenos. Neste contexto, o presente trabalho descreve o projeto, construção e instrumentação de um lisímetro em escala de laboratório (com volume de 0,190m3), bem como a realização de um experimento piloto visando o monitoramento de parâmetros geotécnicos e de degradação de uma amostra de resíduos sólidos orgânicos composta por elementos de rápida degradação, simulando o comportamento de uma célula de aterro sanitário. Durante o período de agosto a novembro de 2010, foram monitorados e analisados a temperatura e o pH dos resíduos, as características físico-químicas do lixiviado geradoquímica, bem como os recalques da massa de resíduos. Os resultados foram comparados com modelos teóricos e empíricos encontrados na literatura. Além disso, outros pontos a serem investigado em um trabalho de acompanhamento foram identificados e discutidos.
ABSTRACT
The issue of solid waste management has been worldwide discussed over the last decade, involving several areas of society. Landfilling is one of the oldest methods for final disposal of wastes. However, the search for new techniques and innovations, to make landfills more adequate from the environmental point of view has become a great challenge to both science and engineering. Moreover, there is a need for a more complete understanding about the biologial-physical-chemical processes and the metabolic routes of biological degradation, as well as its influence on the overall behavior of landfilled waste masses. In such context, the use of experimental cells of small dimensions (lysimeters), which represent one interesting technique from the experimental point of view, can contribute for a better understanding of such phenomena. Thus, the present paper describe the design and instrumentation of a small laboratory-scale lysimeter and a pilot experimental work aiming at the investigation of the time-compressibility-degradation behavior of urban organic solid residues in a simulated landfill cell. During the experiment, from August to September 2010, waste temperature and pH, the leachate and gas generation and chemical composition, as well as the waste settlements were monitored and analyzed. The results were compared to theoretical and empirical models found in the literature. Also, additional points to be investigated in a follow-up work were identified and discussed.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Fluxograma dos diferentes tipos de resíduos agrupados em cinco classes ... 19
Figura 2: Composição média dos entulhos no Brasil ... 21
Figura 3: Formas de disposição dos resíduos em alguns países do mundo ... 30
Figura 4: Evolução da destinação final dos resíduos no Brasil ... 30
Figura 5: Formas de destinação final de resíduos seccionados por região do país. ... 32
Figura 6: Composição gravimétrica dos resíduos sólidos no Brasil ... 34
Figura 7: Classificação dos microrganismos em função da temperatura de crescimento. ... 38
Figura 8: Rotas metabólicas de biodegradação dos resíduos. ... 41
Figura 9: Fases de degradação e concentração de gases em aterros ... 44
Figura 10: Classificação de lisímetros ... 46
Figura 11: Balanço hídrico em aterros de RSU, em escala experimental de laboratório ... 47
Figura 12: Lisímetros preparados a partir de tubos de PVC ... 48
Figura 13: Biorreator utilizado por John (2004) ... 49
Figura 14: Fluxograma do projeto de construção e monitoramento do lisímetro ... 50
Figura 15: (a) Tubos usinados; (b) Cap e luva ... 53
Figura 16: Dimensões dos tubos e conexões que configuram o lisímetro (em cm) ... 53
Figura 17: Dispositivo eletrônico de aquisição de variáveis ... 54
Figura 18: Fluxograma do sistema de funcionamento do SAD ... 55
Figura 19: Sensor de temperatura, modelo LM35 ... 56
Figura 20: Célula de carga tipo S ... 56
Figura 21: Strain-gage ampliado ... 57
Figura 22: Encoder Incremental. ... 58
Figura 23: Leiaute final do sistema de aquisição de dados ... 59
Figura 24: (a) Maravalha; (b) Rúcula ... 60
Figura 25: (a) Maça; (b) Casca de mandioca; (c) Couve-flor (folhas); (d) Tomate ... 61
Figura 26: (a) Alface, (b) Couve-chinesa/ Radicchi, (c) Casca de arroz, (d) Repolho ... 61
Figura 27: Mandioca... 62
Figura 28: (a) e (b) Picagem dos resíduos ... 62
Figura 29: Resíduos picados dispostos sobre uma lona ... 62
Figura 31: (a) Acomodação dos sensores; (b) Vedação da seção inferior com a luva ... 63
Figura 32: Composição gravimétrica da amostra utilizada ... 64
Figura 33: Localização dos sensores de temperatura ... 66
Figura 34: Localização das portas para coleta dos resíduos ... 68
Figura 35: Trado utilizado para coletar os resíduos ... 68
Figura 36: (a) e (b) Coleta dos resíduos; (c) Porta de coleta ... 69
Figura 37: (a) Retirada do ar para armazenamento; (b) Recipiente de acondicionamento ... 69
Figura 38: Reservatório de lixiviado ... 71
Figura 39: Coleta do lixiviado em âmbar estéril ... 71
Figura 40: Testes de calibração dos sensores de temperatura LM35 ... 73
Figura 41: (a) Objeto de massa conhecida; (b) Regulagem do potenciômetro ... 74
Figura 42: (a) e (b) Mecanismo de funcionamento do sistema de medição do recalque ... 76
Figura 43: Protótipo do lisímetro em fase inicial de monitoramento ... 77
Figura 44: Evolução do potencial hidrogeniônico das amostras de resíduos sólidos... 78
Figura 45: Evolução do potencial hidrogeniônico dos resíduos e do lixiviado ... 79
Figura 46: Evolução do teor de umidade ao longo do tempo no lisímetro... 80
Figura 47: Variação da temperatura na massa de resíduos em função do tempo ... 82
Figura 48: Indicação da faixa de temperatura predominante no lisímetro ... 83
Figura 49: Evolução temporal dos recalques da massa de resíduos ... 84
Figura 50: Evolução dos recalques médios semanais ... 85
Figura 51: Densidade dos microrganismos aeróbios mesófilos totais ... 87
Figura 52: Densidade dos microrganismos anaeróbios mesófilos totais ... 88
Figura 53: Comparação da população microbiana aeróbia e anaeróbia ... 88
Figura 54: Variação da DQO ao longo do período monitorado ... 89
Figura 55: Distribuição da condutividade elétrica no lixiviado ... 91
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Potencial poluidor dos elementos químicos utilizados em pilhas e baterias ... 23
Tabela 2: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde ... 26
Tabela 3: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde. ... 26
Tabela 4: Estimativa de Geração dos resíduos sólidos no Brasil ... 27
Tabela 5: Formas de disposição final dos resíduos em países desenvolvidos e no Brasil. ... 29
Tabela 6: Formas de destinação final por região do Brasil. ... 32
Tabela 7: Componentes mais comuns da composição gravimétrica ... 33
Tabela 8: Composição gravimétrica em alguns países ... 34
Tabela 9: Massa específica de alguns aterros de RSU ... 36
Tabela 10: Massa específica do RSU, segundo alguns autores ... 36
Tabela 11: Peças utilizadas para a montagem do lisímetro. ... 52
Tabela 12: Características geométricas e físicas da amostra ... 60
Tabela 13: Resíduos utilizados para composição da amostra ... 64
Tabela 14: Parâmetros microbiológicos analisados ... 69
Tabela 15: Parâmetros físico-químicos analisados... 70
Tabela 16: Parâmetros físico-químicos analisados em amostras de lixiviado ... 72
Tabela 17: Calibração dos sensores de temperatura ... 74
Tabela 18: Valores das massas verificadas pelo sistema ... 75
LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
GIRSU Gerenciamento Integrado de Resíduos Sólidos Urbanos ºC Grau Celsius
CNEM Comissão Nacional de Energia Nuclear pH Potencial Hidrogeniônico
mV Milivolts mW Miliwatts
MOD Matéria Orgânica Dissolvida COX Composto Orgânico Xenobiótico DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio DQO Demanda Química de Oxigênio AOV`s Ácidos Orgânicos Voláteis OD Oxigênio Dissolvido PVC Policloreto de Vinila DN Diâmetro Nominal
SAD Sistema de Aquisição de Dados A/D Analógico - Digital
ISM Industrial, Scientific and Medical
mV Milivolts mW Miliwatts
mS/cm MiliSiemen por centímetro mg/L Miligrama por litro
UFC/g Unidade Formadora de Colônia por grama PNSB Política Nacional de Saneamento Básico
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ... 13 1.1 Problema da Pesquisa ... 13 1.2 Justificativa ... 14 1.3 Objetivos ... 15 1.3.1 Objetivo Geral ... 15 1.3.2 Objetivos Específicos ... 15CAPÍTULO 2. REVISÃO DA LITERATURA ... 16
2.1 Considerações gerais sobre resíduos sólidos ... 16
2.1.1 Conceitos básicos ... 16
2.1.2 Classificação dos resíduos sólidos ... 17
2.1.2.1 Quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente ... 17
2.1.2.2 Quanto à natureza ou origem ... 18
2.2 Problema dos resíduos sólidos urbanos ... 27
2.2.1 Tratamento e disposição final ... 28
2.3 Propriedades dos resíduos sólidos urbanos ... 33
2.3.1 Propriedades físicas ... 33 2.3.1.1 Composição gravimétrica ... 33 2.3.1.2 Massa específica ... 35 2.3.1.3 Compactação ... 37 2.3.1.4 Recalques ... 37 2.3.1.5 Temperatura ... 38
2.3.2 Propriedades químicas dos RSU ... 39
2.3.2.1 Composição química ... 39
2.3.2.2 Concentração de sólidos ... 39
2.3.2.3 Potencial hidrogeniônico (pH) ... 39
2.3.3 Propriedades microbiológicas ... 40
2.3.3.1 Biodegradação dos RSU ... 40
2.3.3.2 Crescimento microbiano ... 44
2.4 Geração de lixiviado em aterros ... 45
2.5 Considerações sobre lisímetros ou biorreatores ... 46
CAPÍTULO 3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 50
3.1 Fluxograma da pesquisa ... 50
3.2 Projeto, construção e instrumentação do lisímetro de laboratório ... 51
3.2.1 Concepção e projeto do lisímetro ... 51
3.2.2 Construção do lisímetro e materiais utilizados ... 51
3.2.3 Instrumentação do lisímetro e aquisição de dados ... 54
3.2.3.1 Sensores de temperatura ... 55
3.2.3.2 Célula de carga ... 56
3.2.3.3 Sensor de recalque ... 57
3.2.3.4 Leiaute da instrumentação e aquisição de dados ... 58
3.3 Ensaio piloto ... 59
3.3.1 Preenchimento e compactação dos resíduos no lisímetro ... 59
3.3.2 Composição dos resíduos ... 60
3.3.3 Monitoramento do Ensaio Piloto ... 65
3.3.3.1 Medição de temperatura ... 65
3.3.3.2 Balanço de massa ... 66
3.3.3.3 Medição dos recalques ... 67
3.3.3.4 Monitoramento dos sólidos ... 67
3.3.3.5 Monitoramento do lixiviado ... 70
3.3.3.6 Monitoramento do biogás ... 71
CAPÍTULO 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 73
4.1 Calibração da instrumentação... 73
4.1.1 Sensores de temperatura... 73
4.1.2 Célula de carga ... 74
4.1.3 Sistema de medição de recalques ... 75
4.2 Monitoramento do ensaio piloto ... 76
4.2.1 Parâmetros físico-químicos dos resíduos sólidos ... 76
4.2.1.1 Potencial hidrogeniônico (pH) ... 76
4.2.1.2 Teor de umidade ... 80
4.2.1.3 Temperatura ... 81
4.2.2 Recalques. ... 84
4.2.3 Comportamento microbiológico dos resíduos sólidos ... 86
4.2.4.1 Demanda química de oxigênio ... 89
4.2.4.2 Condutividade elétrica ... 90
4.2.4.3 Nitrogênio amoniacal ... 91
CAPÍTULO 5. CONCLUSÕES ... 93
5.1 Potencial hidrogeniônico, umidade e temperatura ... 93
5.2 Recalques dos resíduos sólidos ... 94
5.3 Microbiologia dos resíduos sólidos ... 94
5.4 Caracterização do lixiviado ... 94
CAPÍTULO 6. SUGESTÕES PARA NOVAS PESQUISAS ... 96
CAPÍTULO 1.
INTRODUÇÃO
1.1 Problema da Pesquisa
A questão dos resíduos sólidos no Brasil tem sido bastante discutida na sociedade, envolvendo diversas áreas do conhecimento: saneamento básico, meio ambiente, inclusão social e econômica dos processos de triagem e reciclagem dos materiais. O aterramento desses resíduos sólidos no solo constitui-se num dos métodos mais antigos de disposição final. Verifica-se também que a destinação mais utilizada ainda é o depósito de resíduos sólidos a céu aberto na maioria dos municípios com população inferior a 10.000 habitantes, correspondendo a cerca de 48% dos municípios brasileiros. Segundo IBGE (2002), 63,6 % dos municípios brasileiros depositam seus resíduos sólidos em “lixões”, causando problemas sociais, à saúde humana e ambientais, devido à poluição do solo, água e ar.
A predominância dessas formas de destinação final inadequada pode ser explicada por diversos fatores, tais como: falta de capacitação técnico-administrativa, baixa dotação orçamentária, pouca conscientização da população quanto aos problemas ambientais ou mesmo a falta de estrutura organizacional das instituições públicas envolvidas com a questão, o que acaba refletindo na inexistência ou inadequação de planos de Gerenciamento Integrado de Resíduos Sólidos Urbanos (GIRSU) (ZANTA e FERREIRA, 2003).
A busca de soluções para a destinação final ambientalmente adequada dos resíduos sólidos tem se constituído em um grande desafio científico e de engenharia. Além disso, falta compreensão sobre o funcionamento dos processos bio-físico-químicos e das rotas metabólicas de biodegradação da massa de resíduos, bem como sua influência no comportamento dos aterros sanitários (ZANTA e FERREIRA, 2003). Aspectos como controle de compactação, produção de lixiviado e biogás, e adensamento da massa de resíduos também precisam ser melhor conhecidos.
1.2 Justificativa
O conhecimento do comportamento dos resíduos sólidos urbanos (RSU) em um aterro sanitário em relação à sua composição e seus processos de degradação é de suma importância para a melhoria de práticas operacionais nos aterros e também para a tomada de decisão no gerenciamento de possíveis impactos e contaminações.
No Brasil, a forma mais utilizada para destino final dos resíduos sólidos urbanos é a disposição em aterros. De acordo com a Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública (ABRELP), em termos de custo versus benefício, os aterros sanitários são a melhor forma de destinação (CERQUEIRA, 1999).
O desenvolvimento de pesquisas envolvendo aterros em escala real apresenta alguns inconvenientes, como: custo elevado, grande número de variáveis envolvidas no processo e a dinâmica de operação do aterro, o que dificulta a obtenção sistemática de dados sob condições conhecidas ou controladas. Sendo assim, células experimentais de pequenas dimensões, simulando aterros sanitários, podem contribuir para a análise do comportamento de resíduos sólidos urbanos (SOUZA, 2010).
Os biorreatores, lisímetros ou células experimentais são equipamentos utilizados em escala laboratorial ou menor que a de campo, os quais podem ser empregados para estudar o comportamento da massa de resíduos quanto aos aspectos físicos, químicos e microbiológicos (BARLAZ et al., 1989), contribuindo para a compreensão das rotas metabólicas da degradação de produtos orgânicos (LEVINE et al., 2005). Adicionalmente, a simulação das condições reais de um aterro sanitário, em escala laboratorial, além do menor custo quando comparados com os experimentos de campo, permitem a otimização das condições para a decomposição aeróbia e anaeróbia, proporcionando assim um maior conhecimento dos processos microbiológicos. Na prática, estudos desta natureza podem resultar na aceleração da estabilização da massa de resíduos e a conseqüente disposição adicional de RSU ou reuso mais rápido da área do aterro (BARLAZ et al., 1989).
Neste contexto, o uso de células experimentais de pequenas dimensões (lisímetros), as quais representam uma técnica bastante interessante do ponto de vista experimental, podem contribuir de forma efetiva para uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos no processo de aterramento de resíduos sólidos (ALCANTARA, 2007).
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo Geral
Contribuir para uma maior compreensão do comportamento de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários, através de estudos científicos e experimentais que investiguem os processos de biodegradação dos resíduos, quanto aos seus aspectos físicos, químicos e microbiológicos.
1.3.2 Objetivos Específicos
a) Projetar um lisímetro em escala de laboratório;
b) Construir e instrumentar um protótipo do lisímetro em laboratório;
c) Calibrar, instalar e testar a instrumentação e o sistema digital de aquisição de dados desenvolvidos especialmente para o presente estudo;
d) Definir a composição gravimétrica dos resíduos sólidos a serem utilizados em um ensaio piloto;
e) Monitorar a evolução de alguns parâmetros bio-físico-químicos dos resíduos sólidos e processos físico-químicos do lixiviado percolado durante o ensaio piloto;
f) Monitorar a evolução do crescimento dos microrganismos aeróbios e anaeróbios mesófilos totais durante o ensaio piloto;
g) Monitorar os recalques na massa de resíduos durante o ensaio piloto, devido à ação de sobrecarga e aos processos de degradação.
CAPÍTULO 2.
REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Considerações gerais sobre resíduos sólidos
2.1.1 Conceitos básicos
Os resíduos sólidos são definidos como todo o material que resulta de um processo de fabricação, transformação, utilização, consumo ou limpeza e que é descartado por ser considerado sem utilidade (SÁEZ et al., 2001).
A Organização Mundial da Saúde define resíduo sólido como qualquer coisa que o proprietário não quer mais, em certo local e em certo momento, e que não apresenta valor comercial corrente ou percebido. A Comunidade Européia, por sua vez, estabelece que resíduo é toda substancia ou objeto cujo detentor se desfaz ou tem a obrigação de se desfazer em virtude de disposições legais em vigor(BIDONE e POVINELLI, 1999).
A definição francesa considera lixo como todo rejeito de processo de produção, transformação ou utilização, toda substancia material, produto ou, mais geralmente, todo bem móvel abandonado ou que seu detentor destina ao abandono(BIDONE e POVINELLI, 1999).
Tchobanoglous et al. (1993) definem resíduos sólidos urbanos (RSU) como aqueles gerados pela comunidade, excetuando-se os resíduos industriais, os de mineração e os agrícolas. Os RSU englobam os rejeitos de origem doméstica e os procedentes de: comércio, limpeza de vias públicas, escritórios, serviços, mercados, feiras, festejos, materiais e eletrodomésticos inutilizados. A NBR 10.004 (ABNT, 2004a) define resíduos sólidos como:
“(...) aqueles resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades da comunidade de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face de melhor tecnologia disponível” (ABNT, 2004a).
Há que se destacar, no entanto, a relatividade da característica inservível do lixo, pois aquilo que já não apresenta nenhuma serventia para quem o descarta, para outro pode se tornar matéria-prima para um novo produto ou processo. Nesse sentido, a idéia do reaproveitamento do lixo é um convite à reflexão do próprio conceito clássico de resíduos sólidos. É como se o lixo pudesse ser conceituado como tal somente quando da inexistência de mais alguém para reivindicar uma nova utilização dos elementos então descartados (MONTEIRO et al., 2001).
2.1.2 Classificação dos resíduos sólidos
Existem diversas maneiras de se classificar os resíduos sólidos. As mais comuns são quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente e quanto à natureza ou origem (IBAM, 2001).
2.1.2.1 Quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente
De acordo com a NBR 10.004 (ABNT, 2004a) os resíduos sólidos podem ser classificados em: classe I (perigosos), classe IIa (não perigosos, não inertes) e classe IIb (não perigosos, inertes).
a) Classe I (perigosos)
São aqueles que, em função de suas características intrínsecas de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade ou patogenicidade, apresentam riscos à saúde pública através do aumento da mortalidade ou da morbidade, ou ainda provocam efeitos adversos ao meio ambiente quando manuseados ou dispostos de forma inadequada (ABNT, 2004a).
b) Classe IIa (não perigosos, não inertes)
São os resíduos que podem apresentar características de combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade, com possibilidade de acarretar riscos à saúde ou ao meio ambiente, não se enquadrando nas classificações de resíduos classe I e classe IIb (ABNT, 2004).
c) Classe IIb (não perigosos, inertes)
São aqueles que, por suas características intrínsecas, não oferecem riscos à saúde e ao meio ambiente, e que, quando amostrados de forma representativa, segundo a norma NBR 10.007 (ABNT, 2004c), e submetidos a um contato estático ou dinâmico com água destilada ou deionizada, a temperatura ambiente, conforme teste de solubilização segundo a norma NBR 10.006 (ABNT, 2004b), não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água, conforme (Anexo H da NBR 10.004), excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez e sabor (MONTEIRO et al., 2001).
2.1.2.2 Quanto à natureza ou origem
A origem é um importante elemento para a caracterização dos resíduos sólidos (IBAM, 2001). Segundo este critério, os diferentes tipos de resíduos podem ser agrupados em cinco classes, conforme apresentado na Figura 1.
Fonte: Adaptado de IBAM (2001).
Figura 1: Fluxograma dos diferentes tipos de resíduos agrupados em cinco classes
a) Resíduo doméstico ou residencial
São os resíduos gerados nas atividades corriqueiras diárias das casas, apartamentos, condomínios e demais edificações residenciais. Estes resíduos normalmente apresentam composição gravimétrica bastante variável; no entanto, caracterizam-se por conter uma proporção superior de matéria orgânica, quando comparada aos outros elementos. Estudos mostram que o percentual de resíduos orgânicos gerados em países em desenvolvimento como o Brasil é alto, e os fatores desse alto percentual de geração vão desde o desconhecimento do valor nutricional de alguns alimentos até a aquisição ou não de produtos industrializados, dependendo da cultura regional e do nível de renda da população (ReCESA, 2007).
b) Resíduo comercial
São os resíduos gerados em estabelecimentos comerciais, cujas características dependem das atividades desenvolvidas nestes locais. O grupo dos resíduos comerciais, assim como os entulhos de obras, pode ser dividido em dois subgrupos chamados de pequenos geradores e grandes geradores. O regulamento de limpeza urbana do município poderá definir precisamente estes subgrupos. Segundo Monteiro et al. (2001), pode-se considar pequeno gerador de resíduos comerciais o estabelecimento que gera até 120 litros de resíduo por dia, e
grande gerador de resíduos comerciais o estabelecimento que gera um volume de resíduos superior a esse limite. De forma geral, o limite estabelecido na definição de pequenos e grandes geradores deve corresponder à quantidade média de resíduos sólidos gerados diariamente em uma residência particular com cinco moradores (MONTEIRO et al., 2001).
c) Resíduo público
São os resíduos presentes nas vias públicas, em geral resultantes da natureza, tais como folhas, restos de podas, como galhadas, poeira, terra, areia e também, aqueles descartados de forma inadequada e irregular pela população, como entulho, bens considerados inúteis, papéis, restos de embalagens e alimentos, etc.
O resíduo público está diretamente associado ao aspecto estético de uma cidade. Portanto, merece especial atenção o planejamento das atividades de limpeza de logradouros, principalmente em cidades turísticas (IBAM, 2001).
d) Resíduo domiciliar especial
Grupo que compreende os entulhos de obras, pilhas e baterias, lâmpadas fluorescentes e pneus. Observa-se que os entulhos de obras, também conhecidos como resíduos da construção civil estão enquadrados nesta categoria por causa da grande quantidade de sua geração e pela importância que seu tratamento e reutilização vêm assumindo no cenário nacional (IBAM, 2001).
• Entulho de obras
A indústria da construção civil é a que mais explora recursos naturais. Além disso, a construção civil também é a indústria que mais gera resíduo. No Brasil, a tecnologia construtiva usualmente aplicada favorece o desperdício na execução das novas edificações. Em termos quantitativos, esse material corresponde a algo em torno de 50% da quantidade, em massa, dos resíduos sólidos urbanos coletados em cidades com mais de 500 mil habitantes de diferentes países, inclusive o Brasil (MONTEIRO et al., 2001). Em termos de composição, os resíduos da construção civil são uma mistura de materiais inertes, tais como concreto,
argamassa, madeira, plásticos, papelão, vidros, metais, cerâmica e terra (IBAM, 2001). A Figura 2 apresenta a composição média do entulho de obra no Brasil. Analogamente ao resíduo comercial, pode-se definir o pequeno gerador de entulho de obra, pessoa física ou jurídica que gera até 1.000 kg ou 50 sacos de 30 litros por dia, e o grande gerador que é aquele que gera um volume diário de resíduos acima disso.
Fonte: Adaptado de Adaptado de USP (apud MONTEIRO et al., 2001).
Figura 2: Composição média dos entulhos no Brasil
• Pilhas e baterias
As pilhas e baterias têm como princípio básico converter energia química em energia elétrica utilizando um metal como combustível. Podem conter um ou mais dos seguintes metais: chumbo (Pb), cádmio (Cd), mercúrio (Hg), níquel (Ni), prata (Ag), lítio (Li), zinco (Zn), manganês (Mn) e seus compostos. Esses metais possuem características de corrosividade, reatividade e toxicidade e são classificadas pela NBR 10.004 (ABNT, 2004) como Resíduos Perigosos - Classe I.
As substâncias contendo mercúrio, prata e níquel causam impactos negativos sobre o meio ambiente. O metal chumbo é o segundo metal mais tóxico ao homem, tendo efeito cumulativo e podendo levar a intoxicação crônica. Além disso, segundo Pessin et al. (1997 apud PESSIN et al., 2003), é o metal tóxico que pode estar presente em maior concentração no lixiviado da decomposição de resíduos sólidos urbanos. Já o metal cádmio é um elemento
de elevado potencial tóxico, sendo considerado um elemento carcinogênico (NASCENTES, 2003).
Outras substâncias presentes nas pilhas e baterias, como o Zn, o Mn e o Li, embora não estejam limitadas pela NBR 10.004 da ABNT, também causam problemas, conforme se observa na Tabela 1.
• Lâmpadas fluorescentes
O pó que se torna luminoso encontrado no interior das lâmpadas fluorescentes contém mercúrio. Isso não está restrito apenas às lâmpadas fluorescentes comuns de forma tubular, mas encontra-se também nas lâmpadas fluorescentes compactas (IBAM, 2001).
As lâmpadas fluorescentes liberam mercúrio quando são quebradas, queimadas ou enterradas em aterros sanitários, o que as transforma em resíduo perigoso Classe I, uma vez que o mercúrio é tóxico para o sistema nervoso humano e, quando inalado ou ingerido, pode causar uma enorme variedade de problemas fisiológicos (IBAM, 2001).
Uma vez lançado ao meio ambiente, o mercúrio sofre uma "bioacumulação", isto é, ele tem suas concentrações aumentadas nos tecidos dos peixes, tornando-os perigosos se ingeridos com freqüência (MONTEIRO et al., 2001).
Tabela 1: Potencial poluidor dos elementos químicos utilizados em pilhas e baterias
Elemento Alguns efeitos sobre o homem
Pb (chumbo) Dores abdominais, disfunção renal, anemia, problemas
pulmonares, neurite periférica, encefalopatia.
Hg (mercúrio)
Gengivite, salivação, diarréia, dores abdominais, vômitos, congestão, dermatite, estomatite, insônia, dores de cabeça, lesões cerebrais e neurológicas provocando desordens psicológicas afetando o cérebro.
Cd (cádmio) Manifestações digestivas, disfunção renal, problemas pulmonares,
pneumonite, câncer.
Ni (níquel) Câncer, dermatite, intoxicação em geral.
Ag (prata) Distúrbios digestivos e impregnação da boca pelo metal, morte.
Li (lítio) Inalação (lesão mesmo com pronto atendimento),
Ingestão (mínima lesão residual).
Mn (manganês) Disfunção do sistema neurológico, afeta o cérebro, gagueira e
insônia.
Zn (zinco) Problemas pulmonares, lesão residual (a menos que seja dado
atendimento imediato), em contato com os olhos (lesão grave).
Fonte: Adaptado de Monteiro et al. (2001).
• Pneus inservíveis
São muitos os problemas ambientais gerados pela destinação inadequada dos pneus. Se deixados em ambiente aberto, sujeito a chuvas, os pneus acumulam água, servindo como local para a proliferação de mosquitos e outros animais nocivos ao homem.
Se encaminhados para aterros de resíduos convencionais, provocam grandes vazios no interior, causando a instabilidade do aterro. Se destinados em unidades de incineração, a queima da borracha gera enormes quantidades de material particulado e gases tóxicos, necessitando de um sistema de tratamento dos gases extremamente eficiente e conseqüentemente de alto custo. Por todas estas razões, o descarte de pneus é um problema ambiental grave, apesar de existirem formas adequadas de destinação deste material, porém ainda sem viabilidade econômica (IBAM, 2001).
e) Resíduos de fontes especiais
São resíduos que, em função de suas características peculiares, passam a merecer cuidados especiais em seu manuseio, acondicionamento, estocagem, transporte ou disposição final. Dentro da classe de resíduos de fontes especiais, merecem destaque os resíduos dos serviços de saúde, industriais, radioativos e agrícolas (IBAM, 2001).
• Resíduos industriais
São os resíduos gerados pelas atividades industriais. São muito variados e apresentam características diversificadas, pois estas dependem do tipo de produto manufaturado (FREIRE et al., 2000). Devem, portanto, ser estudados caso a caso. Adota-se a NBR 10.004 da ABNT para se classificar os resíduos industriais: classe I (perigosos), classe IIa (não perigosos, não inertes) e classe IIb (não perigosos, inertes).
• Resíduos radioativos
São considerados os resíduos que emitem radiações acima dos limites permitidos pelas normas ambientais (CNEN, 2010). No Brasil, o manuseio, acondicionamento e disposição final do lixo radioativo estão a cargo da Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN.
• Resíduos de portos, aeroportos e terminais rodoferroviários
São resíduos gerados tanto nos terminais como dentro dos navios, aviões e veículos de transporte. Os resíduos dos portos e aeroportos são decorrentes do consumo de passageiros em veículos e aeronaves e sua periculosidade está no risco de transmissão de doenças já erradicadas no país. A transmissão também pode se dar através de cargas eventualmente contaminadas, tais como animais, carnes, plantas e outros (ANVISA, 2010).
• Resíduos agrícolas
São resíduos formados basicamente pelos restos de embalagens impregnadas com pesticidas e fertilizantes químicos, utilizados na agricultura, que são perigosos. O manuseio destes resíduos segue as mesmas rotinas e se utilizados mesmos recipientes e processos empregados para os resíduos industriais classe I. Segundo Monteiro et al. (2001), a falta de fiscalização e de penalidades mais rigorosas para o manuseio inadequado destes resíduos faz com que sejam misturados aos resíduos comuns e dispostos nos vazadouros das municipalidades, ou o que é pior, sejam queimados nas fazendas e sítios mais afastados, gerando gases tóxicos.
• Resíduos dos serviços de saúde
Compreendem todos os resíduos gerados nas instituições destinadas à preservação da saúde da população (FEAM, 2008). Segundo a NBR 12.808 (ABNT, 1993), os resíduos de serviços de saúde seguem a classificação apresentada nas Tabelas 2 e 3.
Tabela 2: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde
Tipo Nome Características
Classe A – resíduos infectantes
A.1 Biológicos
Cultura, inóculo, mistura de microorganismos e meio de cultura inoculado provenientes de laboratório clínico ou de pesquisa, vacina vencida ou inutilizada, filtro de gases aspirados de áreas contaminadas por agentes infectantes e qualquer resíduo contaminado por estes materiais.
A.2 Sangue e
Hemoderivados
Sangue e hemoderivados com prazo de validade vencido ou sorologia positiva, bolsa de sangue para análise, soro, plasma e outros subprodutos.
A.3
Cirúrgicos, anatomopatológico e
exsudato
Tecido, órgão, feto, peça anatômica, sangue e outros líquidos orgânicos resultantes de cirurgia, necropsia e resíduos contaminados por estes materiais.
A.4 Perfumes e corantes Agulha, ampola, pipeta, lâmina de bisturi e vidro.
A.5 Animais
Contaminados
Carcaça ou parte de animal inoculado, exposto a microorganismos patogênicos, ou portador de doença infecto-contagiosa, bem como resíduos que tenham estado em contato com estes.
A.6 Assistência e pacientes
Secreções e demais líquidos orgânicos procedentes de pacientes, bem como os resíduos contaminados por estes materiais, inclusive restos de refeições.
Fonte: Adaptado de DIAS (2001).
Tabela 3: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde.
Tipo Nome Características
Classe B - resíduos especiais B 1 Rejeitos Radioativos
Material radioativo ou contaminado com radionuclídeos, proveniente de laboratório de análises clínicas, serviços de medicina nuclear e radioterapia.
B 2 Resíduos farmacêuticos Medicamento vencido, contaminado, interditado ou não utilizado.
B 3 Resíduos químicos
Perigosos
Resíduo tóxico, corrosivo, inflamável, explosivo, reativo, genotóxico ou mutagênico.
Classe C - resíduos comuns C Resíduos comuns
São aqueles que não se enquadram nos tipos A e B e que, por sua semelhança aos resíduos domésticos, não oferecem risco adicional à saúde pública.
2.2 Problema dos resíduos sólidos urbanos
Segundo a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico – PNSB, realizada pelo IBGE em 2000, o Brasil produz 228.413 toneladas de resíduos sólidos urbanos por dia. A geração per capita média é de 1,35 kg/(hab.dia). A Tabela 4 apresenta a estimativa de geração de resíduos sólidos urbanos no Brasil segundo a PNSB (IBGE, 2002).
O problema dos resíduos sólidos urbanos no Brasil tem sido amplamente discutido na sociedade, por ser uma questão de interesse político, econômico e social. Por muito tempo essa problemática foi negligenciada, porém, ao longo dos últimos anos, diversos estudos têm sido realizados com propósito de avaliar os impactos que as atividades humanas exercem sobre o ambiente (JUCÁ, 2003).
O acentuado crescimento populacional está associado ao crescimento do poder aquisitivo, ao aumento da concentração urbana, à mudança de hábitos de consumo da população e ao desenvolvimento tecnológico e industrial, os quais são alguns dos motivos que justificam o aumento da produção de resíduos sólidos urbanos e as suas variações qualitativas (PICANÇO, 2004).
Tabela 4: Estimativa de Geração dos resíduos sólidos no Brasil
Região do País
População Total Geração de resíduos Geração Per
Capita (kg/hab.dia) Valor % (t/dia) % Norte 12.900.704 7,6 11.067 4,8 0,86 Nordeste 47.741.711 28,1 41.558 18,2 0,87 Sudeste 72.412.411 42,6 141.617 62,0 1,96 Sul 25.107.616 14,8 19.875 8,7 0,79 Centro-Oeste 11.636.728 6,9 14.297 6,3 1,23 Brasil 169.799.170 100 228.413 100 1,35
Essa perspectiva remete à problemática ambiental em relação à disposição inadequada dos RSU e, por conseguinte, a proliferação dos lixões (forma sem qualquer controle ambiental da disposição dos resíduos), os quais ocasionam problemas graves tais como contaminação de solos e de mananciais hídricos (PRIETTO et al., 2010).
Nesse processo de disposição, segundo Oliveira e Jucá (2004), um dos grandes problemas provém da decomposição do material orgânico, formando um lixiviado que apresenta características físico-químicas e microbiológicas com concentrações variadas de compostos orgânicos e inorgânicos tóxicos. Estes contaminantes são decorrentes das reações físicas e químicas a que os resíduos depositados estão sujeitos e da ação de microorganismos na decomposição da matéria orgânica presente em grande quantidade nos resíduos sólidos urbanos (COSTA, 2002).
2.2.1 Tratamento e disposição final
As principais formas de tratamento empregadas aos resíduos são: reciclagem, incineração, compostagem e aterro sanitário. Este último, além de ser um tratamento, é também uma forma de disposição final adequada aos resíduos. Outras formas de disposição final são: aterros controlados e lixões. Os lixões devem ser permanentemente evitados, pois sua presença gera impactos negativos como: poluição do solo, água e ar; disseminação de doenças por meio de vetores (ratos, moscas, baratas, entre outros), depreciação da paisagem, entre outros malefícios (PROSAB, 2003).
A Tabela 5 e a Figura 3 apresentam uma listagem das principais formas de disposição final dos resíduos sólidos gerados no Brasil e em alguns países desenvolvidos. Os dados revelam que o Brasil dispõe mais de 90% de seus resíduos em aterros. Desta forma, pode-se perceber que dentre as diversas técnicas utilizadas para disposição de RSU, o aterro sanitário figura como uma das mais comuns, sendo largamente utilizada, especialmente nos países em desenvolvimento como o Brasil, devido à facilidade de operação e baixo custo de operação quando comparado a outras formas de tratamento que empregam tecnologias avançadas, como a incineração, que vem sendo bastante utilizada em países desenvolvidos.
Tabela 5: Formas de disposição final dos resíduos em países desenvolvidos e no Brasil.
Fonte: Adaptado de Ferreira (2000).
A destinação e o tratamento final dos resíduos ainda são, em grande parte, realizados em locais inadequados como lixões. Do período de 1991 até 2000, observou-se uma redução da disposição em lixões e o aumento de aterros controlados e sanitários, bem como da aplicação de outros tipos de tratamento. A Figura 4 apresenta o panorama da destinação final dos resíduos domiciliares no Brasil, de 1991 até 2000, de acordo com dados da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico realizada em 2000 (JUCÁ, 2002).
País Incineração Depósito em
Aterros Compostagem Reciclagem
Alemanha 34% 46% 2% 16% Áustria 11% 65% 18% 6% Dinamarca 48% 29% 4 19% Estados Unidos 16% 67% 2% 15% França 42% 45% 10% 9% Holanda 35% 45% 5% 15% Itália 16% 74% 7% 3% Suécia 47% 34% 3% 16% Suíça 59% 12% 7% 22% Brasil 2% 94% 2% 2%
Fonte: Adaptado de Ferreira (2000).
Figura 3: Formas de disposição dos resíduos em alguns países do mundo
Fonte: Adaptado de JUCÁ (2002).
Figura 4: Evolução da destinação final dos resíduos no Brasil
Dentre todas as formas de disposição final de resíduos sólidos urbanos, a que melhor satisfaz as questões ambientais e social é o aterro sanitário. Esta é uma obra de engenharia muito complexa sobre vários aspectos, o que garante credibilidade na realização deste tipo de empreendimento. Segundo a norma NBR 8419 (ABNT, 1984), aterro sanitário é:
“(...) uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo sem causar danos à saúde pública e à sua segurança, minimizando os impactos ambientais. Este método utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos à menor área possível e reluzi-los ao menor volume permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho, ou a intervalo menor, se for necessário" (ABNT 1984).
Mesmo nas cidades maiores e grandes regiões metropolitanas, a quantidade de aterros sanitários ainda é relativamente pequena. Desta forma, a maioria dos dados que se dispõe sobre o comportamento de RSU “aterrados” são provenientes de lixões, ou aterros controlados, geralmente construídos sobre antigos lixões a exemplo dos aterros de Muribeca e Gramacho localizados, respectivamente, nas Regiões Metropolitanas do Recife - PE e Rio de Janeiro - RJ (ALCANTARA, 2007).
Os aterros são considerados uma ameaça aos seres humanos e aos ambientes quando mal gerenciados, devido à geração de lixiviado e de gases provenientes da elevada quantidade de material biodegradável. O lixiviado pode causar a contaminação e poluição hídrica e os gases emitidos podem causar problemas adversos à saúde, odores, perigo de explosão e ainda contribuem para o aumento do efeito estufa (KELLY, 2002). Segundo Ilyin et al. (2004), o gerenciamento de resíduos sólidos urbanos e a aplicação de novas tecnologias proporcionam benefícios para a segurança da humanidade e do meio ambiente, e por isso o estudo e aplicação da capacidade de biodegradação de microrganismos são de grande valor científico.
Dados relativos às formas de disposição final de resíduos sólidos distribuídos de acordo com a população dos municípios, obtidos a partir da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (IBGE, 2002), indicam que 63,6% dos municípios brasileiros depositam seus resíduos sólidos em vazadouros a céu aberto, vulgarmente conhecidos como “lixões”, somente 13,8% informam que utilizam aterros sanitários e 18,4% dispõem seus resíduos em aterros controlados, totalizando 32,2 %. Verifica-se também que a destinação mais utilizada ainda é o depósito de resíduos sólidos a céu aberto na maioria dos municípios com população inferior a 10.000 habitantes, correspondendo a cerca de 48% dos municípios brasileiros. Nesses municípios, 63,6% dos resíduos sólidos coletados são depositados em lixões, enquanto 16,3% são encaminhados para aterros controlados.
A Tabela 6 e a Figura 5 apresentam, em percentual, o tipo de destinação final de resíduos sólidos domiciliares por região do Brasil. Nesse contexto, observa-se que na média
brasileira prevalece a destinação em aterros controlados. No entanto, em regiões como Norte e Nordeste ainda prevalecem à disposição a céu aberto em lixões (JUCÁ, 2002).
Tabela 6: Formas de destinação final por região do Brasil.
Fonte: Adaptado de Jucá (2002).
Fonte: Adaptado de Jucá (2002).
Figura 5: Formas de destinação final de resíduos seccionados por região do país.
Forma de Disposição Brasil (%) Norte (%) Nordeste (%) Sudeste (%) Sul (%) Centro oeste (%)
Vazadouro à céu aberto 21,3 57,2 48,3 9,8 25,9 22 Aterro Controlado 37 28,3 14,6 46,5 24,3 32,8 Aterro sanitário 36,2 13,3 36,2 37,1 40,5 38,8 Compostagem 2,9 0 0,2 3,8 1,7 4,8 Triagem 1 0 0,2 0,9 4,2 0,5 Incineração 0,5 0,1 0,1 0,7 0,2 0,2 Locais não fixos 0,5 0,9 0,3 0,6 0,6 0,7 Locais não fixos 0,7 0,2 0,1 0,7 2,6 0,2 Outra 0,7 0,2 0,1 0,7 2,6 0,2
2.3 Propriedades dos resíduos sólidos urbanos
2.3.1 Propriedades físicas
2.3.1.1 Composição gravimétrica
As características dos resíduos sólidos são muito variáveis e dependem de muitod fatores, como a situação econômica e aspectos culturais da população (SHARHOLY et al., 2007), as estações do ano, o clima, a geografia da região, os hábitos da população e, até, a legislação ambiental vigente. A grande heterogeneidade desses resíduos e sua variabilidade no tempo e no espaço tornam difícil estabelecer, com precisão, a sua composição em uma determinada região, e, conforme Tchobanoglous et al. (1993), dados antigos devem ser analisados com cautela.
A composição gravimétrica traduz o percentual de cada componente em relação ao peso total da amostra de resíduo analisada. Os componentes mais utilizados na determinação da composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos encontram-se na Tabela 7. Entretanto, muitos técnicos tendem a simplificar, considerando apenas alguns componentes, tais como papel/papelão, plásticos, vidros, metais, matéria orgânica e outros. Esse tipo de composição simplificada, embora possa ser usado no dimensionamento de uma usina de compostagem e de outras unidades de um sistema de limpeza urbana, não se presta, por exemplo, a um estudo preciso de reciclagem ou de coleta (IBAM, 2001).
Tabela 7: Componentes mais comuns da composição gravimétrica
Matéria orgânica Metal ferroso Borracha
Papel Metal não - ferroso Couro Papelão Alumínio Pano/ trapos Plástico rígido Vidro claro Ossos Plástico maleável Vidro escuro Cerâmica PET Madeira Agregado fino
A Tabela 8 apresenta a variação das composições gravimétricas dos resíduos sólidos urbanos no Brasil e em alguns países, deduzindo-se que a participação da matéria orgânica tende a se reduzir nos países mais desenvolvidos ou industrializados, provavelmente em razão da grande incidência de alimentos semi-preparados disponíveis no mercado consumidor. A Figura 6 mostra dados do Instituto Brasileiro de Administração Municipal relativos à composição gravimétrica média das principais frações constituintes dos resíduos sólidos urbanos no Brasil (IBAM, 2001).
Tabela 8: Composição gravimétrica em alguns países
Composto Brasil (%) Alemanha (%) Holanda (%) EUA (%) Matéria Orgânica 65 61,2 50,3 35,6 Vidro 3 10,4 14,5 8,2 Metal 4 3,8 6,7 8,7 Plástico 3 5,8 6 6,5 Papel/ Papelão 25 18,8 22,5 41
Fonte: Adaptado de Monteiro et al. (2001).
Fonte: Adaptado do IBAM (2001).
2.3.1.2 Massa específica
Assim como o solo, os resíduos acondicionados em aterros se apresentam em três fases físicas (sólida, líquida e gasosa) (ALCÂNTARA, 2007). Desta forma, podem também ser definidas três massas específicas: massa específica aparente (ρ), massa específica aparente seca (ρd) e massa específica da fase sólida (ρs). Os resultados são calculados normalmente em
kg/m3 ou em t/m3.
ρ = Mt/Vt
ρd = Ms/Vt
ρs = Ms/Vs
onde:
Mt = massa total dos resíduos sólidos; Ms = massa da parte sólida seca; Vt = volume total;
Vs = volume de sólidos, descontando os vazios permeáveis.
A massa específica varia conforme cada aterro, sendo difícil a padronização de valores, devido à variabilidade na natureza e composição dos resíduos, métodos de compactação, estado de saturação, grau de compactação, existência ou não de cobertura diária com solo residual ou de empréstimo, condições meteorológicas, umidade e estádio de decomposição dos resíduos aterrados (CALLE, 2007; ALCÂNTARA, 2007).
A Tabela 9 mostra valores citados por Marques (2001 apud CALLE, 2007). Ainda, apesar de não se ter maiores informações a respeito da idade destes resíduos, pode-se observar que resíduos mais novos apresentam menor valor de massa específica, sendo que à medida que os resíduos vão ficando mais velhos, suas respectivas massas específicas aumentam, devido à redução do tamanho das partículas do RSU, causada pelos processos naturais de degradação (IZZO, 2008).
Alguns valores de densidade citados na literatura indicam uma variabilidade bastante ampla, abrangendo uma faixa que vai de 110 kg/m3, para resíduos sem nem uma forma de compactação, até 1700 kg/m3, para resíduos bem compactados, como apresenta a Tabela 10. Landva e Clark (1990 apud CALLE, 2007) calcularam os valores máximos possíveis de ρ, simulando uma combinação mais leve (360 kg/m3) e mais pesada (1640 kg/m3) para uma composição típica de aterros de RSU.
Tabela 9: Massa específica de alguns aterros de RSU
Autor Massa Específica
kN/m3 Compactação
Merz e Stone (1962) 2,2 a 2,7 Não compactado
Sowers (1968) 4,7 a 9,4 Compactado
Schomaker (1972) 2,9 a 8,8 Não compactado a bem compactado
Bromwell (1978) 3,1 a 9,3 Não compactado a bem compactado
Ham et al. (1978) 6,6 Compactado
Sargunan et al. (1986) 5,5 a 6,9 Pouco compactado
Landva e Clark (1986) 6,8 a 16,2 Compactado
Watts e Charles (1990) 5,9 Londres, resíduos in situ compactado
Oweis e Khera (1990) 6,3 a 9,4 Compactado
Galante et al. (1991) 9,9 a 10,9 Compactado
Fassett et al. (1994)
3 Não compactado
5 a 8 Medianamente compactado 9 a 10,5 Compactado
Fonte: Marques (2001 apud CALLE, 2007).
Tabela 10: Massa específica do RSU, segundo alguns autores
Referência Massa Específica
kg/m3 Observações
Tchobanoglous et al. (1993) 178 a 451 Caminhão compactador
Palma (1995) 110 a 220 Sem compactação
Zornberg et al. (1999) 1000 a 1500 Aterro Los Angeles (3m a 55m
de profundidade)
Clark e Landva (1990 apud
CALLE, 2007) 360 a 1640 Composição típica de RSU
Fasset et al. (1994)*
300 a 800 Pouco compactado
500 a 900 Moderadamente compactado 1000 a 1100 Bem compactado
Merz (1962)** 240 a 270 Não compactado
A importância do conhecimento dos valores de densidade não se deve apenas aos aspectos gerenciais de coleta, disposição e comportamento mecânico dos resíduos sólidos em um aterro sanitário, mas também devido ao poder de influenciar no processo de degradação da matéria orgânica. De acordo com Batstone et al. (1989), no momento em que os resíduos não são compactados, possibilitam a entrada de ar em meio a massa de resíduos estabelecendo condições aeróbias. Em resíduos altamente compactados, pode ocorrer grande redução do teor de umidade inibindo a atividade microbiana.
2.3.1.3 Compactação
O processo de compactação na mecânica dos solos visa, através de cargas estáticas ou dinâmicas, reduzir os vazios do solo, aumentando a massa específica aparente e sua resistência. Segundo Alcântara (2007), esta técnica também é empregada para os resíduos sólidos com o objetivo de reduzir os vazios existentes na massa através de operações de espalhamento e passagem de rolos compactadores, normalmente do tipo “pé de carneiro”, sobre as camadas, possibilitando um maior acondicionamento dos resíduos por unidade de volume e desta forma, aumentando a vida útil do aterro sanitário. Ainda, com a utilização destas técnicas, espera-se que estes resíduos compactados apresentem melhores características mecânicas, no que diz respeito à redução dos recalques.
2.3.1.4 Recalques
A Geotecnia Ambiental está relacionada à medição, análise e previsão de recalques nos aterros de resíduos sólidos urbanos, os quais sofrem com reduções volumétricas bastante significativas, devido aos processos de degradação e à alta compressibilidade dos resíduos.
Os resíduos sólidos podem ser formados por materiais naturais ou artificiais de diversas formas e tamanhos e podem apresentar enormes variações nas suas propriedades de deformação, degradabilidade e tenacidade. Desta forma, os mecanismos que governam as deformações em aterros são muito complexos e envolvem aspectos físicos e bioquímicos, o que torna difícil a estimativa dos recalques da massa de resíduos. Mesmo assim, os estudos
nesta área avançam através de proposição de modelos matemáticos cada vez mais complexos que procuram integrar a biodegradação e o comportamento mecânico dos resíduos aterrados (ALCÂNTARA, 2004).
2.3.1.5 Temperatura
Nos processos de biodegradação da matéria orgânica existente nos resíduos sólidos, a temperatura é um parâmetro que implica balanços energéticos e, em geral, dentro de determinados limites, menor temperatura significa menor atividade e menor taxa de conversão do material orgânico através da ação bioquímica de microrganismos (GUNNERSON, 1986, apud JUNQUEIRA, 2000). Segundo Madigam et al. (2002), os microrganismos que normalmente atuam na degradação do material orgânico dos aterros sanitários, mantidos sob condições aeróbias, dependem de uma faixa de temperatura ótima de crescimento, podendo ser agrupados em quatro categorias, conforme apresenta a Figura 7.
Fonte: Madigam et al. (2002).
Figura 7: Classificação dos microrganismos em função da temperatura de crescimento. Mata-Alvarez e Martinez-Virturtia (1986 apud ALCÂNTARA, 2007), que estudaram a cinética de fermentação de RSU em temperaturas de 30o C a 46o C, inferiram que a faixa ótima de operação de aterros sanitários estaria entre 36o C a 38o C e que sob condições ótimas, em apenas um ano, haveria uma redução de cerca de 95 % da matéria orgânica biodegradável.
2.3.2 Propriedades químicas dos RSU
2.3.2.1 Composição química
O conhecimento da composição química dos resíduos se faz importante para melhor escolher o processo de tratamento a ser aplicado aos RSU, ou ainda, determinar quais as melhores formas de disposição final destes. São, portanto, parâmetros importantes para a quantificação dos teores de matéria orgânica, teor de cinzas, carbono, potássio, fósforo, entre outros (IZZO, 2008).
2.3.2.2 Concentração de sólidos
A concentração de sólidos refere-se ao resíduo total presente no substrato quer seja de origem orgânica ou inorgânica e é um indicador da massa total a ser tratada. Como no processo anaeróbio a bioconversão só irá acontecer na fração teoricamente orgânica do substrato, deduz-se que quanto maior a concentração de sólidos totais voláteis, maior também deverá ser a taxa de bioconversão do resíduo (LEITE e POVINELLI, 1999).
2.3.2.3 Potencial hidrogeniônico (pH)
O potencial hidrogeniônico (pH) é o termo usado para expressar as condições de acidez ou alcalinidade de um meio, através da medida da concentração do íon H+. Segundo Sawyer e McCarty (1967 apud CINTRA, 2003), a concentração do íon H+ é um dos mais importantes fatores que influenciam nas velocidades das reações bioquímicas e posterior estabilização da matéria orgânica. Cada microrganismo tem uma faixa de pH na qual seu crescimento é possível e, nesta faixa, existe um valor ótimo, bem definido, em que a taxa de crescimento é máxima.
Com relação aos processos de digestão anaeróbia, muitos autores têm reportado que o pH ideal situa-se na faixa de 6,5 a 7,5. Valores baixos de pH podem significar uma concentração alta de ácidos graxos voláteis e, portanto, uma inibição de metanogênese. Valores acima de 8,0 podem favorecer a formação de amônia, que pode ser tóxica aos microrganismos, em níveis elevados, acima de 150 mg NH3/L (CHERNICHARO, 1997).
2.3.3 Propriedades microbiológicas
2.3.3.1 Biodegradação dos RSU
Os RSU nos aterros, por apresentarem uma composição parte orgânica e parte inorgânica sofrem processos de oxidação e decomposição na presença ou ausência de oxigênio e água (MONTEIRO, 2003).
As transformações biológicas da matéria orgânica complexa em produtos mais simples podem ocorrer particularmente na presença ou na ausência de oxigênio molecular, ou ainda, em condições intermediárias nas quais coexistem em um mesmo meio e em áreas distintas, ambientes aeróbios e anaeróbios (ALCÂNTARA, 2007).
Na realidade, um aterro sanitário funciona como um grande reator biológico. Dentro dele ocorrem processos de conversão anaeróbia caracterizados por várias reações seqüenciais (CAMPOS, 1999). A conversão da matéria orgânica em ambientes anaeróbios se dá através de um processo bioquímico complexo no quais atuam um consórcio de microrganismos com grupos específicos para as várias reações. De acordo com Barlaz (1996) e Campos (1999) é possível, de forma simplificada, subdividir o processo global em quatro etapas distintas: Hidrólise Enzimática, Acidogênese, Acetogênese e Metanogênese.
Segundo Eduardo (2007), a decomposição dos resíduos sólidos nos aterros é realizada em três etapas: aeróbia, anaeróbia ácida e anaeróbia metanogênica. A fase aeróbia apresenta curta duração e é responsável por uma parcela curta da decomposição. A fase anaeróbia pode ser dividida em duas etapas: etapa hidrolítica, em que as enzimas extracelulares dos microrganismos desdobram as cadeias complexas dos compostos orgânicos em cadeias mais simples, e a etapa fermentativa, onde os compostos simples passam por processos de fermentação ácida. A fase anaeróbia metanogênica é a etapa final do processo de degradação,
onde os compostos orgânicos são transformados em dióxido de carbono e metano. A Figura 8 apresenta o esquema das seqüências metabólicas e grupos microbianos envolvidos na digestão anaeróbia do aterro de RSU.
Fonte: Adaptado de Eduardo (2007).
Figura 8: Rotas metabólicas de biodegradação dos resíduos.
Embora o tratamento dos resíduos em aterros possa ser feito por digestão aeróbia, a imensa maioria dos aterros em operação têm como concepção técnica a bioestabilização anaeróbia do material orgânico, sendo que condições intermediárias, nas quais coexistem ambientes aeróbios e anaeróbios, podem ocorrer. Segundo Benson et al. (2007), a forma
conceitual da biodegradação dos RSU em aterros sanitários ocorre em até cinco etapas seqüenciais, apresentadas a seguir:
I. Fase aeróbia inicial
Os resíduos dispostos nos aterros carregam em seus vazios grandes quantidades de oxigênio molecular, o que possibilita a biodegradação sob condições aeróbias. Nesta fase, que pode durar algumas semanas a poucos meses, ocorre o processo de hidrólise sob condição aeróbia e a principal fonte de carbono para a atividade dos microrganismos provém de açúcares solúveis. Devido a essas reações aeróbias exotérmicas da fase inicial, pode ser observado um aumento considerável na temperatura (ALCÂNTARA, 2007).
II. Fase de transição
Segundo Alcântara (2007), esta fase é caracterizada pela queda no nível de oxigênio molecular, um conseqüente aumento da perda de oxigênio através da liberação de dióxido de carbono na fase gasosa e, ainda, o início do estabelecimento das condições anaeróbias na massa de resíduos. Em condições anaeróbias, o receptor de elétrons alterna de oxigênio para nitrato e sulfatos. Ao final desta fase de transição, ocorre o início do acúmulo de ácidos graxos voláteis. Ainda nesta fase, a umidade de capacidade de campo pode ser atingida, gerando lixiviado.
III. Fase ácida anaeróbia
Esta fase engloba processos de decomposição precursores da metanogênese. Com o aumento da atividade microbiana, há grande produção e acúmulo de ácidos orgânicos e CO2,
resultando em um decréscimo no pH do resíduo para valores abaixo de 6,0 ou 5,0 (BARLAZ, 1996). Ainda, são características desta fase os aumentos significativos na DQO, DBO e condutividade do lixiviado (TCHOBANOGLOUS et al., 1993).
IV. Fermentação metanogênica
Nesta fase, é acentuada a atividade dos microrganismos acetotróficos e hidrogenotróficos, produtores de metano. O consumo de oxigênio contribui para maior conversão de butirato e propianato para acetato, pois o consumo deste possibilita a elevação do pH, favorecendo assim, o crescimento de acetogênicas e permitindo um consumo adicional de ácido carboxílico e conseguintemente aumento na taxa de metano (BARLAZ, 1996). Esta fase, ainda, é caracterizada pelo baixo potencial de oxirredução devido às baixas concentrações de sulfato e nitrato (PAUL e CLARK, 1989 apud ALCÂNTARA, 2007).
V. Fase de maturação
Esta é considerada a última fase do processo de degradação em aterros (ALCÂNTARA, 2007). Ocorre uma redução da atividade biológica devido à escassez de nutrientes, pois a maioria dos compostos orgânicos de rápida e média degradação sob condições anaeróbias já foi convertida em biogás ou retirada do meio junto com o lixiviado, restando, apenas, matérias de degradação lenta e inertes. A fase de maturação é caracterizada pela redução na produção de CH4, CO2 e pelo aumento nas concentrações de O2 e N2.
Segundo Tchobanoglous et al. (1993), o lixiviado gerado conterá ácidos húmicos e fúlvicos, que são de difícil degradação biológica.
A Figura 9 apresenta um modelo que, segundo Farquhar e Rovers (1973 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993), Parquer (1983 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993) e Pohland (1991 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993), descreve as principais fases do processo de decomposição e estabilização dos RSU em aterros sanitários.
Fonte: Adaptado de Farquhar e Rovers (1973 apud Tchobanoglous, et al., 1993); Parquer (1983 apud Tchobanoglous, et al., 1993); Pohland (1991 apud Tchobanoglous, et al., 1993).
Figura 9: Fases de degradação e concentração de gases em aterros
2.3.3.2 Crescimento microbiano
O crescimento de microrganismos em resíduos sólidos, segundo Alcântara (2007), considerando experimentos de laboratório em batelada, e mesmo aterros de RSU para determinada massa de resíduos, possivelmente, pode ocorrer de modo semelhante ao observado em condições de cultivo em substrato limitado onde são identificadas quatro fases distintas de crescimento em função do tempo: fase lag, fase exponencial, fase estacionária e fase de declínio ou morte celular.
Para que ocorra o crescimento bacteriano satisfatório há a necessidade de condições mínimas para a sobrevivência dos microrganismos e sua reprodução (TORTORA, 2000). Segundo Eduardo (2007), diversos fatores devem estar equilibrados para que o crescimento bacteriano aconteça e entre estes fatores, pode-se citar o potencial hidrogeniônico (pH), a temperatura e o teor de umidade.
