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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE TECNOLOGIA LUCIENE GACHET FERRARI DOMINGUES EFICIÊNCIA DE ATERROS SANITÁRIOS COM MISTURA DE SOLO+ADF

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE TECNOLOGIA

LUCIENE GACHET FERRARI DOMINGUES

EFICIÊNCIA DE ATERROS SANITÁRIOS COM MISTURA DE SOLO+ADF COMO COBERTURA DAS CAMADAS DE RESÍDUOS SÓLIDOS

Orientadora: Profª Drª Gisleiva Cristina dos Santos Ferreira

Co-orientadora: Profª Drª Marta Siviero Guilherme Pires

Setembro, 2015

Atividade apresentada ao prof. Dr. Ivan Ricarte, como parte da disciplina de Seminário de Tese

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2 1. INTRODUÇÃO

Os aterros sanitários ainda são considerados como a técnica mais viável para disposição adequada dos resíduos sólidos, e devido a esta importância devem ser construídos e operados de forma a ocasionar o mínimo possível de riscos ao meio ambiente e a saúde humana.

Espera-se com esta pesquisa definir parâmetros necessários à qualidade de aterros compostos com o resíduo areia descartada de fundição (ADF), a partir da avaliação da eficiência de “células protótipos” que representem o maciço de um aterro sanitário.

2. BASE TEÓRICA

As vantagens da disposição correta de resíduos sólidos englobam desde o controle da contaminação ambiental, com retenção da proliferação de vetores transmissores de doenças até a proteção ao meio ambiente. Portanto, os aterros sanitários devem ser projetados, operados e monitorados de forma a reduzir ao máximo a formação de lixiviados e a emissão de gases poluentes provenientes do processo de decomposição do maciço de resíduos (FIORE et al., 2014; FERRAZ et al., 2014; GIBBONS et al., 2014; HOLDEN e NASH, 2014; MIGUEL et al., 2014; GOMES, MORAES e BOFF, 2007).

Dentre os itens que devem ser considerados durante a construção de um aterro sanitário, os materiais escolhidos para as coberturas intermediárias e de encerramento do aterro são essenciais. Pesquisas recentes apontam bons resultados para aplicação da areia descartada de fundição (ADF), resíduo proveniente das indústrias de fundição, como co-produto das coberturas das camadas de aterros sanitários (DOMINGUES e FERREIRA, 2014; QUISSINI, 2009).

Entre as opções de aplicação da ADF, o aterro se torna muito interessante porque tal resíduo já é destinado para estes locais, entretanto, sem funcionalidade. O alto consumo de material durante a cobertura das camadas intermediárias de resíduos também justifica esta aplicação.

Entretanto, estes estudos ainda não definiram a eficiência da ADF em misturas com solo no que se refere às propriedades técnicas, ambientais e de gestão de aterros sanitários, por exemplo, o estudo do lixiviado. A nova técnica de gestão de aterros,

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3 proposta neste projeto, poderá resultar na aceleração dos processos de decomposição biológica dos resíduos, o que é positivo devido a otimização do espaço físico dos aterros sanitários, bem como viabilizar a obtenção de gases para geração energética. Portanto, estas informações corroboram a hipótese em que se fundamenta este projeto de doutorado.

O estudo das características físico-químicas dos lixiviados gerados em aterros sanitários executados com emprego de resíduos nas camadas estruturais é essencial para verificar sua eficiência. Para isso, deve-se estudar aspectos de biodegradabilidade da matéria orgânica, estabilidade do maciço e qualidade do lixiviado.

3. ESTADO DA ARTE

3.1. Biodegradabilidade dos resíduos sólidos orgânicos de um aterro sanitário

A decomposição biológica da matéria orgânica dos resíduos sólidos se processa em suas fases aeróbias (decomposição microbiana oxigênio) e anaeróbias com geração de gases CO2 e CH4, e formação de líquidos lixiviados (MAMEDE, 2013; CAMARGO, 2012).

Estes processos são bastante lentos e demandam muitos anos de estudos para uma avaliação efetiva de sua relação quanto ao desempenho e durabilidade de aterros sanitários. Para suprir este problema, alguns pesquisadores (CONTRERA et al., 2014; GOMES, MORAES e BOFF, 2007) utilizaram mecanismos reatores ou biorreatores de aceleração destes processos de decomposição.

3.2. Características dos lixiviados de aterros sanitários

O estudo das características físico-químicas dos lixiviados gerados em aterros sanitários executados com emprego de resíduos nas camadas estruturais é essencial para verificar sua eficiência. Para isso, deve-se estudar aspectos de biodegradabilidade da matéria orgânica, estabilidade do maciço e qualidade do lixiviado.

Miguel et al. (2014) estudaram as características físicas e químicas do lixiviado após a percolação de águas de chuva em duas amostras diferentes de solos tropicais utilizados nas camadas de cobertura de resíduos sólidos de aterros sanitários, e

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4 observaram que o solo do tipo laterítico apresentou maior absorção de metais provenientes do lixiviado (Pb, Zn, Ni e Co) em comparação a um solo não laterítico, enquanto a demanda química de oxigênio (DQO) aumentou para ambos os solos.

Gibbons et al. (2014) investigaram índices de estabilidade dos lixiviados de amostras indeformadas de aterros sanitários dos Estados Unidos, por meio de testes de demanda química (DQO) e bioquímica (DBO) de oxigênio, e de composição química como níveis de metais, compostos orgânicos e inorgânicos e compostos voláteis. Kirmizakis et al. (2014), também realizou os mesmos ensaios em uma amostra de um aterro sanitário municipal da cidade de Chania, na Grécia, e desenvolveram um método para tratamento dos lixiviados com emprego de peróxido de hidrogênio.

3.3. Bioreatores de aceleração de processos de geração de lixiviados em aterros sanitários

Muitos pesquisadores utilizaram em seus estudos a metodologia de biorreatores para acelerar os processos de percolação de água nos aterros sanitários e consequente formação de lixiviados (chorume), com a finalidade de reprodução destas etapas em escalas representativas em laboratórios e em menos tempo e com maior monitoramento (SYRON et al., 2015; XU et al., 2015; XIE et al., 2015; CONTRERA et al., 2014; GOMES, MORAES e BOFF, 2007).

Estes biorreatores permitem que se avalie os lixiviados em suas diferentes composições (início da decomposição orgânica até o encerramento dos aterros sanitários) e permite a avaliação físico-química e biológica deste material, informação importante para obtenção de dados quanto à eficiência, durabilidade e vida útil de aterros sanitários, e ainda pode contribuir para novos projetos de construção e operação sustentável de aterros sanitários.

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Referência Problema Objetivo Metodologia Resultado ou contribuição SYRON et al.

(2015)

Potencial poluidor dos lixiviados de aterros sanitários

Propor uma nova técnica para tratamento dos lixiviados de aterros sanitários

Utilização de um biorreator de digestão aeróbia para tratamento de material lixiviado de aterros sanitários

Redução da demanda química de oxigênio (carga orgânica) e de amônia dos lixiviados após o tratamento proposto

XU et al. (2015)

Geração de metano e carga orgânica poluidora da decomposição de resíduos sólidos de aterros sanitários e formação de lixiviados Caracterização de lixiviados e biogás de resíduos sólidos de aterros

Foram caracterizadas amostras de lixiviados e biogás gerados em biorreator anaeróbio (1) e híbridos (2) de aterros da China, a partir do método de aeração do resíduos

Método de aeração dos biorreatores foi positivo, pois diminui a demanda química de oxigênio e metano gerado na decomposição dos resíduos sólidos

XIE et al. (2015)

Novos estudos quanto aos métodos que possibilitem simulação de aterros sanitários Comparar lixiviados e biogás em aterros simulados Método de biorreatores anaeróbios-anaeróbios e híbridos para simulação de aterros, comparando os lixiviados e biogás gerados

Areação temporária dos resíduos sólidos acelerou a formação de metano e encurtou a fase acidogênica, apontando as técnicas para simulação de aterros FIORE et al. (2014) Passivos ambientais da geração de lixiviados e gases de aterros sanitários Avaliação de componentes ecológicos (Co2, DBO e DQO, áreas degradas e

Estudo de caso de vários sítios de um aterro sanitário da Itália, coleta de material lixiviado por 25 anos para avaliação

Os lixiviados de aterros sanitários foram estabilizados e após a fase ativa, o aterro analisado é sustentável

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6 recuperadas) de aterros sanitários e seus lixiviados FERRAZ et al. (2014) Passivos ambientais e contaminantes de lixiviados de aterros sanitários Avaliar um sistema de co-tratamento (air spritting) aeróbio de lixiviados de aterros

Escala piloto de biofiltro aeróbio (sistema air spritting) para análise do co-tratamento de lixiviados de aterros

O sistema air spritting reduziu a demanda biológica q química de oxigênio, azoto e metais pesados dos lixiviados

GIBBONS et al. (2014)

Gestão dos lixiviados de aterros sanitários

Determinar a capacidade de degradação ambiental dos lixiviados de aterros

Método de regressão para avaliar a capacidade de degradação de lixiviados

Após o encerramento da atividade dos aterros, houve uma tendência estatítisca de redução da DBO e DQO

HOLDEN e NASH (2014) Necesssidade da remodelação da construção e operação de aterros sanitários Levantar dados importantes para construção e operação sustentável de aterros Revisão bibliográfica; levantamento de dados no que diz respeito à aterros sanitários

Novas práticas para o desenvolvimento de aterros sanitários mais sustentáveis e aumento de vida útil dos mesmos

MIGUEL et al. (2014) Geração de lixiviados em aterros sanitários Análise da percolação de líquidos em solos tropicais Caracterização de lixiviados após a percolação de águas de chuva em duas amostras diferentes de solos tropicais

O solo do tipo laterítico apresentou maior absorção de metais provenientes do lixiviado (Pb, Zn, Ni e Co) em comparação a um solo não laterítico, o que contribui para a escolha deste tipo de solo para cobertura de resíduos

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7 GOMES, MORAES e BOFF (2007) Disposição de resíduos em aterros

Definir materiais para cobertura de aterros

Caracterização de amostras de areia de fundição (ADF) e entulho da construção civil

Indicação da ADF para camadas intermediárias e entulho para camadas finais de aterros

DOMINGUES e FERREIRA (2014)

Destino das areias de fundição (ADF) em aterros

Aplicar ADF nas camadas estruturais de aterros

Caracterização ambiental e mecânica de misturas de solo + 30, 50 e 70% de ADF para aterros

Viabilidade ambiental e econômica da aplicação de misturas de solo + 70% ADF em aterros

QUISSINI (2009)

Grande quantidade de resíduo areia de fundição gerado

Utilização de areias verdes de fundição para cobertura de aterros

Caracterização técnica e ambiental de areias “verdes” de fundição

Areias verdes de fundição indicada para cobertura de resíduos em aterros

MAMEDE (2013) Possibilidade do aproveitamento energético de resíduos sólidos

Análise das práticas de aproveitamento

energético de resíduos sólidos de 81 municípios brasileiros

Caracterização químico-física e biológica dos resíduos sólidos de aterros sanitários e da decomposição biológica dos mesmos

Benefícios econômicos e ambientais do aproveitamento energético de resíduos sólidos de aterros sanitários

CONTRERA (2014) Contaminação ambiental da geração de lixiviados de aterros sanitários Avaliação do lixiviado de aterros sanitários após tratamento anaeróbio

Foi analisado o lixiviado de células piloto de bioretores em colunas antes e após tratamento

O modelo aplicado (anaeróbio) para tratamento do lixiviado foi eficiente

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8 al. (2014) (amônia) em lixiviados

de aterros sanitários

lixiviados de aterros sanitários

remoção da amônia e formação de estruvita

abaixo dos limites; boa indicação do lixiviado como fertilizante agrícola KIZARMIS (2014) Potencial poluidor da carga orgânica do material lixiviado de aterros sanitários Redução da carga orgânica poluente dos lixiviados de aterros sanitários

Método sequencial de tratamentos de lixiviados com reatores com peróxido de hidrogênio para redução da carga orgânica dos mesmos

Queda da demanda química e biológica (DBO e DQO) dos lixiviados, reduzindo a carga orgânica

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Figura 1 – Mapa conceitual dos temas abordados – Roteiro por temas.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

A aplicação de misturas de solo com areia descartada de fundição (ADF) como matéria prima de cobertura de camadas de resíduos sólidos foi abordado em minha pesquisa de mestrado, onde obtive excelentes resultados sobre o desempenho ambiental, mecânico e econômico para uma mistura com 70% de ADF.

Entretanto, ainda são necessários estudos sobre a eficiência e durabilidade de aterros sanitários com esta mistura. Assim, a ADF poderá ter uma função dentro de uma célula de resíduos, não apenas ocupar espaço físico. Ainda, futuramente, espera-se extrapolar as informações obtidas nesta pesquisa para um aterro real em larga escala, o que possibilitará as estimativas necessárias para as empresas que operam aterros que estejam interessadas neste novo método de execução.

Aterros sanitários Areia descartada de fundição (ADF) Decomposição de resíduos sólidos orgânicos em aterros sanitários Aplicação de ADF na cobertura de resíduos sólidos de aterros Lixiviados de aterros sanitários (chorume) Bioreatores em coluna de simulação da vida útil de

aterros sanitários

Eficiência e durabilidade de aterros sanitários com

ADF

Tema do projeto de pesquisa

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10 5 - REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS

CAMARGO, C.C. Tratamento de lixiviado de aterro sanitário: remoção de amônia por formação de estruvita. Dissertação de mestrado, Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP, 2012.

CONTRERA, R.C.; SILVA, K.C.; MORITA, D.M.; RODRIGUES, J.A.D.; ZAIAT, M.; SCHALCH, V. First-order kinetcs of landfill leachate treatment in a pilot-scale anaerobic sequence batch biofilter react. Journal of Environmental Management (145), p. 385-393, 2014. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.07.013.

DOMINGUES, L.G.F.; FERREIRA, G.C.S. Management Application of Waste Foundry Sand (WFS) in Solid Waste Landfills. In: Crete - 4th International Conference on Industrial and Hazardous Waste Management, Creta, Grécia, v. 1. p. 39-40, 2014.

FERRAZ, F.M.; POVINELLI, J.; POZZI, E.; VIEIRA, E.M.; TROFINO, J.C. Co-treatment of landfill leachate and domestic wastewater using a submerged aerobic biofilter. Journal of Environmental Management (141), p. 9-15, 2014. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.03.022.

FIORE, S.; ZANETTI, M.C.; BOTTA, S.; COMOGLIO, C.; LUCIANI, P.; DEMAIO, M. Evaluation of the activity of an Italian hazardous waste landfills. In.: 4th Conference on Industrial and Hazardous Waste Management. Creta, GR, Set. 2014.

GIBBONS, R.D.; MORRIS, J.W.F.; PRUCHA, C.P.; CALDWELL, M.D.; STALEY, B.F. Longitudinal data analysis in support of functional stability concepts for leachate management at closed municipal landfills. Waste Management (34) p. 1674 – 1682, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2014.05.016.

GOMES, L. P.; MORAES, C. A. M.; BOFF, R. D. Use of foundry sand used in intermediate and final WFS landfill covers. Metallurgy and Materials Technology, (3), n.4, p. 71-76, Apr. -. Jun, 2007.

HOLDEN, D.I; NAHS, J. M. Landfill for planning – Learning from the past and present to inform the future planning and development of closed landfills sites. In.: 4th Conference on Industrial and Hazardous Waste Management. Creta, GR, Set. 2014.

KIRMIZAKIS, P.; TSAMOUTSOGLOU, C.; KAYAN, B.; KALDERIS, D. Subcritical water treatment of landfill leachate: application of response surfasse methodology. Journal of Environmental Management (146), p. 9-15, 2014.

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11 MAMEDE, M.C.S. Avaliação econômica e ambiental do aproveitamento energético de resíduos sólidos no Brasil. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas, 2013.

MIGUEL, M. G.; BELINASSI, L.; DOMINGUES, L.M.; NOUR, E.A.A; PEREIRA, S.Y. Variations of the physical and chemical characteristics of sanitary landfill leachate after percolation into tropical soils. Chemical Engineering Transactions (28), p. 19-24, 2012. DOI: 10.3303/CET1228004.

QUISSINI, C. S. Estudo da aplicação da areia descartada de fundição como material alternativo para camada de cobertura de aterro de resíduos. Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, SC, 2009, 83 p.

RAGHAB, S.M.; MEGUID, A.M.; HEGAZI, H.A. Treatment of leachate from municipal solid waste landfill. Housing and Building national Research Center – HBRC Journal (9), p. 187-192, Egito, 2013. DOI: 10.1016/j.hbrcj.2013.05.007.

SYRON, E.; SEMMENS, M.J.; CASEY, E. Performance analysis of a pilot-scale membrane aerated biofilm reactor for the treatment of landfill leachate. Chemical Engineering Journal 273, pp. 120–129, 2015.

XIE, S.; MA, W.; STRONG, P.G.; CLARKE, W.P. Fluctuation of dissolved heavy metal concentrations in the leachate from anaerobic digestion of municipal solid waste in commercial scale landfill bioreactors: The effect of pH and associated mechanisms. Journal of Hazardous Materials 299 (2015) 577-583.

XU, Q.; TIAN, H.; WHANG, S.; KO, J. A comparative study of leachate quality and biogas generation in simulated anaerobic and hybrid bioreactors. Waste Management 41 (2015) 94-100.

(12)

12 6 – DIAGRAMA DO PRISMA

Records after duplicates removed (n = 5) El ig ib ili ty

Science Direct Search results:

177 results found for pub-date > 2013

and (landfill leachate) and (bioreactor columns) Id e n ti fi cat

ion 145 results found for pub-date > Web of Science Search results:

2013 and (landfill leachate) and (bioreactor columns)

Full-text articles assessed for eligibility (n = 13) Records screened (n = 46) Scr e e n in g

Records excluídos: cod (44), cod removal (22), Msw (22), hrt (20), removal (20), water (18), hydrogen (8), reactor (17), energy (16), fenton

(12), food (16), fuel (16), toc (18), phase (14), sulfate (13) Studies included in qualitative synthesis (n = 2) Studies included in quantitative synthesis (meta-analysis) (n = 15) In cl u d e d

Full-text articles excluded, with reasons (relevance of research)

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