Avaliação do processo de coagulação/floculação seguido de radiação gama para tratamento de lixiviados

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. P P G E C PPGEC- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil CEP. 50740-530 – Cidade Universitária Recife – PE Tel: 0 81 – 3271-8011. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO SEGUIDO DE RADIAÇÃO GAMA PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADOS. Patrícia Maria de Souza Paulino. Recife/PE Julho/2011.

(2) Patrícia Maria de Souza Paulino. AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO SEGUIDO DE RADIAÇÃO GAMA PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADOS. Dissertação submetida ao corpo docente da Coordenação do Programa de Pós-graduação da Universidade Federal de Pernambuco como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.. Orientador: Prof. Dr. Maurício de Motta Sobrinho Co-orientador: Prof. Dr. José Fernando Thomé Jucá. RECIFE, JULHO DE 2011.

(3) Catalogação na fonte Bibliotecária Raquel Cortizo, CRB-4 664. P324a. Paulino, Patrícia Maria de Souza. Avaliação do processo de coagulação/floculação seguido de radiação gama para tratamento de lixiviados / Patrícia Maria de Souza Paulino. - Recife: O Autor, 2011. Xvii, 133 folhas, il., gráfs., tabs., figs.. Orientador: Prof. Dr: Maurício de Motta Sobrinho Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CTG. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, 2011. Inclui Referências Bibliográficas..

(4) UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL A comissão examinadora da defesa da Dissertação de Mestrado intitulada AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO SEGUIDO DE RADIÇÃO GAMA PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADOS defendida por Patrícia Maria de Souza Paulino. Considera a candidata ____________ Recife, 01 de Julho de 2011. Prof. Dr. Maurício A. da Motta Sobrinho DEQ/UFPE (Orientador). Prof. Dr. José Fernando Thomé Jucá DECivil/UFPE (Co-Orientador). Prof. Dr. Valderi Duarte Leite DESA /UEPB (avaliador externo). Prof. Dr. Jaime Joaquim da Silva Pereira Cabral DECivil/UFPE (avaliador interno).

(5) i. “As coisas que são impossíveis aos homens, são possíveis a Deus.” Lucas 18:27..

(6) ii. Dedico este trabalho à Deus pela proteção e força concedida, aos meus pais Lêmio Paulino e Cristina Paulino, que primeiro se dedicaram a mim, para que hoje eu pudesse me realizar profissionalmente..

(7) iii AGRADECIMENTOS À Deus por sempre me conceder sabedoria para enfrentar os momentos mais difíceis e me sustentar nessa caminhada. Aos meus pais Lêmio Paulino e Cristina Paulino, e a minha irmã Priscila, pelo apoio e incentivo de sempre. Ao meu querido namorado Antônio, sempre companheiro, que soube me dar carinho e segurança em todos os momentos. Ao meu orientador Prof. Maurício Motta, em especial agradecimento pelo apoio e pelas contribuições durante toda pesquisa. Ao meu co-orientador Prof. José Fernando Thomé Jucá pela confiança depositada, apoio e pelo conhecimento que ajudou a adquirir com o Grupo de Resíduo Sólido – GRS. À Joelma Morais Ferreira e Maria do Carmo Lourenço, professoras e pesquisadoras do GPTA, pelo grande apoio na análise dos resultados desta pesquisa. À técnica Ana Dayse (Gamalab – Departamento de Energia Nuclear) pela ajuda na irradiação dos materiais estudados. Aos meus novos amigos, Etiene, Luciana, Cláudio, Vitor, Luiz, André, Tarsila, Jorge que juntos lutamos nessa caminhada acadêmica, agradeço pela amizade, companheirismo e contribuição para conclusão desta dissertação. À Antônio Brito, pessoa amiga que estava sempre a disposição, obrigada pela atenção e apoio em todos os momentos no GRS. À Prof. Valdinete Lins, pelo livre acesso concedido no Laboratório de Engenharias Ambientais e químicas (LEAQ) valioso apoio para conclusão deste trabalho. Aos colegas do grupo GRS, Cecília, Fabrícia, Ingrid, Eduardo, Rodrigo, Gustavo, Eduarda e tantos outros que sempre me apoiaram. À minha grande amiga Gemima Manço, pelos momentos de descontração, incentivo e companheirismo que tanto contribuíram para finalização deste trabalho. À secretária de Pós-graduação, Andréia Negromonte, pela atenção dispensada nos momentos de dúvida e durante todo período acadêmico. À todos professores e técnicos do Laboratório de Solos e Instrumentação. À todos do aterro da Murribeca pela disponibilidade e colaboração, em coletar e transportar o lixiviado utilizado na pesquisa. Ao CNPq pela concessão da bolsa de estudo..

(8) iv AVALIAÇÃO DO MÉTODO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO SEGUIDO DE RADIÇÃO GAMA PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADOS. Patrícia Maria de Souza Paulino. RESUMO O destino dos resíduos sólidos descartados pelas populações vem se tornando um grave problema ambiental e social. Muitas vezes, esses resíduos são descartados nos denominados lixões sem qualquer cuidado ou técnica especial, representando riscos sanitários e ambientais. Uma das soluções para esse problema é a disposição desses resíduos em aterros sanitários. Nestes locais, a água que é drenada pelo aterro, dissolve várias substâncias poluentes, resultando no lixiviado. Esse líquido contém altas concentrações de substâncias orgânicas e inorgânicas, e possui um potencial de poluição que pode ser cerca de 200 vezes maior do que o esgoto doméstico, razão pela qual deve ser tratado antes de ser lançado em cursos de água. De modo geral o lixiviado de aterros de resíduos sólidos, quando submetidos aos sistemas convencionais de tratamentos de efluentes líquidos (lagoa aeróbia, anaeróbia e facultativa), ainda apresenta concentrações de poluentes, principalmente de carga orgânica, que representam riscos de impactos ambientais e riscos à saúde pública. Entre as alternativas para o tratamento de lixiviado de aterros sanitários está o uso da técnica de coagulação/floculação como um tratamento físico-químico. O uso da radiação ionizante tem sido considerada para o tratamento de efluentes desde a década de 1970. A coagulação/floculação é muito utilizada no tratamento de efluentes, sendo empregada para remover altas concentrações de poluentes orgânicos principalmente compostos não-biodegradáveis e metais pesados. A radiação gama, como um tipo de radiação ionizante, baseia-se na oxidação de matéria orgânica e no melhoramento da biodegradabilidade do efluente. Este trabalho utilizou como efluente a ser tratado, os lixiviados gerados no Aterro da Muribeca-PE. Foi determinada a melhor dosagem de hidróxido de cálcio através de três planejamentos fatoriais 24, um para cada cal estudada. Em seguida, após obter as condições otimizadas do processo de coagulação/floculação, esse lixiviado, já pré-tratado, foi submetido ao tratamento com radiação gama. Para tanto foi realizado um novo planejamento fatorial 22. Para análise dos resultados dos planejamentos experimentais fatorial, Diagramas de Pareto com nível de significância de 95% foram empregados para ilustrar as estimativas dos efeitos principais lineares e de segunda ordem, em valor absoluto, dos fatores em relação às variáveis respostas estudadas. A significância dos efeitos foram testadas por análise de variância (ANOVA). Pode-se concluir que a coagulação/floculação com cal pode remover ao mesmo tempo a cor e a turbidez, com valores significativos para o parâmetro cor acima de 80%. Enquanto que os processos conjugados de coagulação/floculação e radiação gama proporcionaram uma maior eficiência na redução da DQO.. Palavras-chave: Lixiviado, coagulação, radiação gama..

(9) v EVALUATION OF THE COAGULATION/FLOCCULATION PROCESS FOLLOWED BY GAMMA RADIATION TO LEACHATE TREATMENT Patrícia Maria de Souza Paulino. ABSTRACT The fate of solid waste disposed by the people is becoming a serious environmental and social problem. Often, these wastes are disposed of in landfills without any known technique or special care, representing health and environmental risks. One solution to this problem is the disposal of such waste in landfills. In these places, the water is drained from the landfill, dissolves various pollutants, resulting in leachate. This fluid contains high concentrations of organic and inorganic substances, and has a potential for pollution that may be about 200 times greater than domestic sewage, why should be treated before being released into waterways. In general the leachate from solid waste landfills, when subjected to conventional wastewater treatments (lagoon aerobic, anaerobic and facultative), still presents concentrations of pollutants, mainly organic load, which pose risks of environmental impacts and risks public health. Among the alternatives for the treatment of landfill leachate is the technique of coagulation / flocculation as a physical-chemical treatment. The use of ionizing radiation has been considered for the treatment of wastewater since the 1970s. The coagulation / flocculation is widely used in wastewater treatment, being used to remove high concentrations of organic pollutants mainly non-biodegradable compounds and heavy metals, Gamma radiation as a type of ionizing radiation, based on the oxidation of organic matter and in improving the biodegradability of the effluent. This work used as effluent to be treated, the leachate generated in the landfill Muribeca-PE. Determined the best dose of calcium hydroxide by three factorial design 24, one for each hydroxide studied. Then, after obtaining the optimum coagulation / flocculation, this leachate, already pre-treated, was treated with gamma radiation. For this purpose, were performed a new factorial design 22. To analyze the results of factorial experimental design, Pareto diagrams with a significance level of 95% were used to illustrate the estimates of main effects and second-order linear, absolute value, the factors concerning the three responses studied. The significance of the effects were tested by analysis of variance (ANOVA). It can be concluded that the coagulation / flocculation using lime can remove both color and turbidity, with significant values for the parameter color above 80%. While the combined processes of coagulation / flocculation and gamma radiation led to a better efficiency in reducing COD.. Keywords: leachate, coagulation, gamma radiation..

(10) vi SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS................................................................................................ ix LISTA DE TABELAS................................................................................................ xi. LISTA DE EQUAÇÕES............................................................................................ xiii. LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SÍMBOLOS......................................... xv. CAPITULO I 1 Introdução Geral............................................................................................. 2 2 Estrutura do Trabalho.................................................................................. 5 3 Referências Bibliográficas............................................................................ 6 CAPITULO II 1 Definição e geração de lixiviado em aterros de resíduos sólidos urbanos .............................................................................................................. 10. 2 Características e composição do lixiviado .............................................. 18. 3 Tratamento de lixiviado ............................................................................... 22 3.1 Recalcitrância do lixiviado................................................................................ 23. 3.2 Processos biológicos .......................................................................................... 24. 3.2.1 Lodos ativados ................................................................................................. 25. 3.2.2 Filtro biológico ................................................................................................ 27. 3.2.3 Lagoas aeradas ................................................................................................. 27. 3.2.4 Lagoas anaeróbias ........................................................................................... 28. 3.2.5 Lagoas facultativas ........................................................................................... 29. 3.2.6 Reatores anaeróbios (tipo UASB) .................................................................... 31. 3.3 Considerações dos processos biológicos para tratamento de lixiviado ........ 31. 3.4 Sistemas fundamentados em recirculação de lixiviado .................................. 32. 3.4.1 Recirculação do lixiviado no aterro sanitário ................................................... 32. 3.5 Sistemas alternativos ......................................................................................... 32. 3.5.1 Evaporação ....................................................................................................... 33. 3.5.2 Wetlands ........................................................................................................... 33. 3.6 Sistemas bioquímicos ......................................................................................... 34. 3.7 Sistema de tratamento fundamentado em métodos físico-químicos ............. 35. 3.7.1 Coagulação/Floculação .................................................................................... 35.

(11) vii 3.7.2 Adsorção ........................................................................................................... 41. 3.8 Processos oxidativos avançados (POA) ........................................................... 42. 3.8.1 Processos oxidativos avançados envolvendo H2O2 .......................................... 45. 3.8.2 H2O2/UV ........................................................................................................... 46. 3.8.3 Reagente de Fenton .......................................................................................... 48. 3.8.4 Percarbonato de sódio (2 Na2CO3.3H2O2) ........................................................ 50. 3.9 Processos de Separação por Membranas (PSM)............................................. 51 3.10 Stripping de amônia ou arraste com ar ......................................................... 52. 3.11. Radiação ionizante .......................................................................................... 55. 3.11.1 Considerações gerais ...................................................................................... 56. 3.11.2 Fontes radioativas ........................................................................................... 56. 3.11.3 Interação da irradiação com a matéria ............................................................ 58. 3.11.4 Tipos de irradiadores ...................................................................................... 59. 3.11.5 Fonte de radiação Gama ................................................................................. 59. 3.11.6 Aceleradores de elétrons ................................................................................ 60. 3.11.7 Aplicações da radiação ionizante ................................................................... 60. 4. Referências Bibliográficas .......................................................................... 63 CAPITULO III Avaliação do método coagulação/floculação no tratamento de lixiviado ........... 76 Resumo ..................................................................................................................... 77 Abstract .................................................................................................................... 78 Introdução ................................................................................................................ 79 Materiais e métodos ................................................................................................. 82. Descrição da área de estudo ............................................................................... 82. Composição do lixo ............................................................................................ 83. Coleta e preservação das amostras ..................................................................... 83. Parâmetros analisados ........................................................................................ 84. Procedimento experimental ................................................................................ 84. Coagulação/floculação .................................................................................. 84. Delineamento experimental para a otimização de condições do processo .... 86. Resultados e discussão ........................................................................................... 89. Caracterização das amostras de lixiviado ................................................................. 89.

(12) viii Planejamento experimental fatorial 24 ...................................................................... 90. Análise de turbidez ............................................................................................... 90. Análise de cor ................................................................................................... 93. Conclusão ................................................................................................................. 97. Referências bibliográficas ....................................................................................... 98. CAPÍTULO IV Uso conjugado dos processos de coagulação/floculação e radiação gama para tratamento de lixiviado ........................................................................................... 101. Resumo ..................................................................................................................... 102. Abstract .................................................................................................................... 102. Introdução ................................................................................................................ 103. Materiais e métodos ................................................................................................ 106. Delineamento experimental para otimização de condições do processo ............ 107. Resultados e discussões ........................................................................................... 109 Análise de cor .................................................................................................... 109. Análise da DQO ................................................................................................ 110. Conclusão ................................................................................................................. 113. Referências bibliográficas ....................................................................................... 114. CAPITULO V Conclusões gerais e sugestões para próximas pesquisas....................................... 117 1 Conclusões gerais................................................................................................... 118. 2 Sugestões para próximas pesquisas...................................................................... 119. 3 Referências bibliográficas..................................................................................... 120.

(13) ix LISTA DE FIGURAS CAPITULO II – INTRODUÇÃO GERAL E ESTRUTURA DO TRABALHO Figura 1.. Fonte de umidade que contribui para formação de lixiviado em aterro (ALCANTARA, 2007).............................................................. Figura 2.. Curva de crescimento microbiano mostrando as quatro fases (KYAW, 2006).................................................................................... Figura 3.. 11 15. Fluxograma das retas metabólicas e grupos microbianos envolvidos na decomposição da matéria orgânica dos resíduos sólidos (MELO, 2003)................................................................................................... Figura 4.. Representação de uma lagoa facultativa, ilustrando as zonas existentes (FONSECA, 2005).............................................................. Figura 5.. 17 30. Desenho esquemático do sistema bioquímico (BELTRÃO, 2005).................................................................................................... 35. Figura 6.. Estrutura do percabonato de sódio (WIKIPEDIA, 2010)................... 51. Figura 7.. Distribuição de amônia (NH3) e íon amônio (NH4+) em função do pH (METCALF e EDDY, 2003)......................................................... Figura 8.. Emissão de raio gama por um nuclídeo instável (THAUAT, 2003).................................................................................................... Figura 9.. 53 57. Decaimento do cobalto 60 a níquel 60 (BORRELY et al., 1998)................................................................................................... 57. Figura 10. Distribuição da dose de radiação em função da espessura do material exposto a raios gama e a aceleradores de elétrons (BORRELY, 1998).............................................................................. CAPÍTULO III – AVALIAÇÃO DO PROCESSO COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADO Figura 1.. 58. DE. Vista aérea do Aterro da Muribeca e estação de tratamento de lixiviado................................................................................................... 83. Figura 2.. Representação esquemática do procedimento experimental adotado para o tratamento do lixiviado do Aterro da Muribeca por. Figura 3.. coagulação/floculação............................................................................. 85. Equipamento de Jar test utilizado nos ensaios de precipitação química. 86.

(14) x Figura 4.. Gráfico de Pareto com as variáveis que influenciam na análise de redução de turbidez para cal CSP(a) e CPA(b)........................................ 91. Figura 5.. Superfície de resposta em função da redução da turbidez para cal CPA. 93. Figura 6.. Gráfico de Pareto com as variáveis que influenciaram na análise de remoção de cor para a cal CSP(a), CPA(b) e CPE(c).............................. Figura 7.. 94. Superfície de resposta em função da redução da turbidez para cal CSP......................................................................................................... 96. CAPÍTULO IV – USO CONJUGADO DOS PROCESSOS DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO E RADIAÇÃO GAMA PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADO Figura 1.. Grammacell 220 EXCEL (a) e Espectrofotômetro UV-visível Thermo Genius 10TM (Watham, MA-EUA) (b).................................. Figura 2.. Gráfico de Pareto mostrando as variáveis que influenciaram na análise de redução da DQO.................................................................... Figura 3.. 107 111. Gráfico de superfície correlacionando as varáveis que interagiram na redução da DQO.................................................................................... 112.

(15) xi. LISTA DE TABELAS CAPÍTULO II – INTRODUÇÃO GERAL E ESTRUTURA DO TRABALHO Tabela 1.. Fases e ocorrências durante a degradação da matéria orgânica (MEIRA, 2009)..................................................................................... 14. Tabela 2.. Prováveis características do lixiviado de aterros brasileiros (SOUTO e POVINELLI, 2007)............................................................................ Tabela 3.. 19. Vantagens e desvantagens dos processos anaeróbios em relação aos processos aeróbios; verificado por efluente doméstico (ROCHA, 2005)...................................................................................................... Tabela 4.. Compostos oxidáveis por radicais hidroxila (RODRIGUES et al., 2003; FARES et al., 2003).................................................................... Tabela 5.. 29 43. Potencial de oxidação para alguns oxidantes (BELTRAN et al., 1997) .................................................................................................... 43. Tabela 6.. Sistemas utilizados no POA (RENOU et al., 2007)............................. 44. Tabela 7.. Diâmetro de poros e exemplos do uso de membranas......................... 52. Tabela 8.. Propriedades gerais da amônia (MARTINEZ RODRIGUEZ, 2007)... 54. CAPÍTULO. III. -. AVALIAÇÃO. DO. PROCESSO. DE. COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADO Tabela 1. Metodologias utilizadas na caracterização do lixiviado....................... 84. Tabela 2. Descrição das diferentes marcas comerciais de hidróxido de cálcio utilizado na pesquisa.............................................................................. Tabela 3. Variáveis e níveis estudados no planejamento fatorial 24..................... 85 87. Tabela 4. Matriz experimental com as variáveis e níveis estudados no planejamento fatorial 24......................................................................... 88. Tabela 5. Resultados da caracterização da amostra de lixiviado coletada ............ 89. Tabela 6. Resultados das análises de metais presentes na amostra bruta de lixiviado e os respectivos limites de lançamento para efluentes em corpos receptores.................................................................................... Tabela 7. Valores calculados da análise da variância (ANOVA) para variável. 90.

(16) xii turbidez mediante a utilização do programa Statistica 5.0...................... 92. Tabela 8. Valores calculados da análise da variância (ANOVA) para variável cor............................................................................................................. 95. CAPÍTULO IV – USO CONJUGADO DOS PROCESSOS DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO E RADIAÇÃO GAMA PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADO. Tabela 1.. Níveis com valores do planejamento fatorial 22.................................. 108. Tabela 2.. Variáveis e níveis estudados no planejamento fatorial 22.................... 108. Tabela 3.. Resultados da remoção de cor de acordo com os ensaios realizados... 109. Tabela 4.. Valores calculados da análise da variância (ANOVA) para a variável DQO....................................................................................... Tabela 5.. 111. Caracterização das amostras de lixiviado bruto e após a otimização do planejamento fatorial experimental................................................. 113.

(17) xiii. LISTA DE EQUAÇÕES CAPÍTULO II – INTRODUÇÃO GERAL E ESTRUTURA DO TRABALHO Equação 1.. Equação de balanço hídrico em aterro........................................... 11. Equação 2.. Estimativa de vazão de lixiviado................................................... 12. Equação 3.. Equação genérica de síntese (anabolismo).................................... 26. Equação 4 e 5.. Representação da respiração endógena (catabolismo).................. 27. Equação 6 a 8.. Reação do óxido de cálcio na formação do carboneto de cálcio... 37. Equação 9.. Mecanismo de remoção de metal pesado pela precipitação química.......................................................................................... 40. Equação 10.. Oxidação do poluente orgânico .................................................... 43. Equação 11 a 14.. Mecanismo que envolve a fotólise de H2O2.................................. 46. Equação 15.. Geração de radicais hidroxila na presença de compostos orgânicos por abstração do hidrogênio.......................................... Equação 16.. Geração de radicais hidroxila na presença de compostos orgânicos por adição eletrofílica.................................................... Equação 17.. 47 47. Geração de radicais hidroxila na presença de compostos orgânicos por transferência de elétron........................................... 47. Equação 18.. Mecanismo de degradação de contaminante tóxico...................... 48. Equação 19.. Oxidação do Fe2+ em Fe3+............................................................. 48. Equação 20 a 26.. Série de reações de competição.................................................... 2+. 3+. 48. Equação 27.. Equação de contínua regressão de Fe na foto-redução do Fe. 49. Equação 28.. Nitrogênio amoniacal..................................................................... 53. Equação 29.. Concentração de amônia livre do total de nitrogênio amoniacal em função do pH e temperatura..................................................... 54. Equação 30.. Formação de um radioisótopo artificial......................................... 57. Equação 31.. Estabilidade do 60CO obtida pelo decaimento a 60Ni..................... 57. Equação 32 a 35.. Interações da radiação gama com o esgoto.................................... 58.

(18) xiv. CAPÍTULO III AVALIAÇÃO DO PROCESSO COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADO Equação. Modelo com todos os parâmetros significativos para analise da cal. 1.. CPA....................................................................................................... Equação. Modelo matemático linear codificado para o sistema experimental. 2.. analisado (cal CSP).............................................................................. DE. 92 96. CAPÍTULO IV – USO CONJUGADO DOS PROCESSOS DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO E RADIAÇÃO GAMA PARA TRATAMENTO DE LIXIVIADO. Equação 1.. Modelo com os parâmetros significativos para o sistema experimental analisado...................................................................... 112.

(19) xv. LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SÍMBOLOS A. Área do aterro. AF. Ácidos fúlvicos. AH. Ácidos húmicos. ARS. Aterro de resíduos sólidos.. 60. Cobalto sessenta. CO. Ca. Cálcio. CaO. óxido de cálcio. Ca(OH)2. Hidróxido de cálcio. Cl. Cloro. CO2. Gás carbônico. COT. Carbono orgânico total.. CONAMA. Conselho Nacional de Meio Ambiente.. CPA. Hidróxido de cálcio para análise. CPE. Hidróxido de cálcio comercial. CSP. Hidróxido de cálcio comercial. DQO. Demanda química de oxigênio.. DBO5. Demanda bioquímica de oxigênio.. DBO/DQO. Razão de biodegradabilidade. Es. Escoamento superficial. Et. Evapotranspiração. Ev. Evaporação. FVMP. Freqüência de valores mais prováveis.. g. grama.. g/L. gramas por litro. HCO3-. Bicarbonato. H2O2. Peróxido de hidrogênio. H2 O. Água.

(20) xvi HU. Huminas. HZ. Hazen. K. Coeficiente que depende do grau de compactação dos resíduos. KGy. Quilo Gray. L. Geração de lixiviado. M. concentração do coagulante. MF. Microfiltração. MeV. Megaeletronvolts. mg/L. miligramas por litro. MM. Massa molar.. Mn. Manganês. Mg. Magnésio. Min. Minuto. NF. Nanofiltração. 60. Níquel sessenta. Ni. NBR. Norma brasileira. NH4+. Amônia ionizada ou íon amônio. NH3. Amônia livre. nm. Nanômetro. NTU. Nephelometric Turbity Unit. OI. Osmose inversa. OH. Hidroxila. P. Precipitação. pH. Potencial de hidrogênio. POA. Processos Oxidativos Avançados. PSM. Processo de separação por membranas. Q. Vazão média de lixiviado. R. Radiação. Rc. Recirculação de líquidos.

(21) xvii rpm. Rotação por minuto. RSM. Análise da superfície de resposta. RSU. Resíduos sólidos urbanos. SDT. Sólidos dissolvidos totais. S. Sólido.. SBQ. Sistema bioquímico.. SMEWW. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. SO42-. Sulfato. SST. Sólidos suspensos totais.. ST. Sólidos Totais. TA. Tempo de floculação. TS. Tempo de sedimentação. UASB. Upflow Anaerobic Sludge Blanket.. UF. Ultrafiltração. UV. Ultravioleta. VA. Velocidade de floculação. Wrs. Água proveniente dos resíduos e do solo de cobertura. Ws. Água subterrânea. Wv. Vapor d’ água. µm. Micrometro. μS/cm. MiliSiemens por centímetro. ∆W. Consumo/produção de água proveniente de reações bioquímicas. ∆Wrs. Água retida nos resíduos e no solo de cobertura. %. Porcentagem. γ. Gama.

(22) 1. CAPITULO I INTRODUÇÃO GERAL, ESTRUTURA DO TRABALHO..

(23) 2. 1 Introdução Geral Uma das grandes preocupações ambientais da sociedade contemporânea está relacionada à gestão dos resíduos sólidos gerados pela produção e consumo de bens e serviços. Com a intensificação do processo industrial, aliado ao crescimento da população e a conseqüente demanda por bens de consumo, o homem tem produzido quantidades significativas de resíduos sólidos sem possuir uma política clara e efetiva para sua eliminação, incapaz de não gerar prejuízos a si próprio e ao meio ambiente (LEITE et al., 2004). Os lixões respondem pelo destino final de aproximadamente 22,5% de todo resíduo produzido no Brasil e se caracterizam por serem depósitos a céu aberto onde o lixo é apenas dispensado, sem nenhum tratamento dos resíduos em decomposição ou proteção ambiental. Por isso, há alta contaminação do solo e da região ao redor desses lixões, assim como é possível a contaminação do lençol freático pela percolação do lixiviado no solo (JUCÁ, 2003). Corpos d’água, receptores finais de efluentes industriais e urbanos, estão com a qualidade cada vez mais comprometida, representando um sério risco à saúde humana. A disposição de resíduos em aterros sanitários constitui a técnica mais utilizada mundialmente para a remediação de resíduos sólidos. Os resíduos em decomposição sob o solo, juntamente com a água proveniente principalmente da chuva, geram o lixiviado ou percolado, o qual escoa até a base do aterro onde, posteriormente deverá ser drenado e tratado. O lixiviado é um líquido escuro e com forte odor e que possui alto potencial patogênico e toxicológico. Falha na impermeabilização do aterro e tratamento ou manejo inadequado do lixiviado podem comprometer o meio ambiente local, na medida em que este efluente pode se tornar uma fonte de contaminação hidrogeológica (MORAES e BERTAZZOLI, 2007). Portanto a correta coleta, destinação e tratamento do lixiviado se fazem extremamente necessárias, uma vez que se trata de um líquido extremamente tóxico para o meio ambiente, sobretudo para os ambientes aquáticos. O lixiviado pode ser definido como o líquido resultante das reações de hidrólise que acontecem durante o processo de bioestabilização anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos, além da própria umidade residual do material orgânico e outras possíveis fontes de água que porventura possam vir a atravessar a massa de resíduo (LOPES, 2003). Este líquido, produzido indistintamente em aterros jovens e antigos, cujo potencial poluidor está ligado, entre outros fatores, aos elevados valores de carga.

(24) 3 orgânica, exige tratamento adequado para evitar que efeitos indesejados decorrentes de sua disposição “in natura” acarretem impactos negativos ao meio ambiente (solo, águas superficiais e subterrâneas) e sérios problemas de saúde pública. O potencial contaminante dos resíduos sólidos urbanos torna-se evidente após a sua disposição em aterro sanitário, uma vez que após o seu aterramento esses resíduos são submetidos ao processo de biodegradação. Este processo compreende reações físico-químicas e biológicas que ocorrem no interior das células resultando na formação de líquidos e de gases (KELLY, 2002), principais vetores de contaminação ambiental. Durante a vida útil do aterro e após cessar o seu funcionamento é necessário que haja o monitoramento cuidadoso dos gases, bem como o emprego de técnicas de tratamento dos líquidos lixiviados (SILVA, 2002). As características físicas, químicas e biológicas do lixiviado são bastante complexas e variáveis, uma vez que, além de depender das características dos resíduos aterrados são influenciadas pelas condições ambientais, pela forma de operação do aterro e, principalmente, pela dinâmica dos processos de decomposição que ocorrem no interior das células (EL FADEL et al., 2002; KJELDSEN et al., 2002). Assim, pode-se afirmar que a composição dos lixiviados de um aterro de resíduos sólidos é bastante diversificada, podendo variar consideravelmente de um local para outro, como também em um mesmo local e entre uma e outra época do ano (REINHART e GROSH, 1998 apud PAES, 2003). A variabilidade das características do lixiviado proveniente de diferentes aterros e de áreas com idades de aterramento distintas exige que métodos de tratamento sejam adaptáveis as variações de biodegradabilidade, as concentrações de substâncias presentes e volume gerado (VEIGA et al., 2006). Neste contexto, o conhecimento da composição do lixiviado é fundamental para a escolha da melhor forma de tratamento para esse tipo de efluente. A maioria dos aterros brasileiros não possui nenhum tipo de tratamento para o lixiviado ou o trata de maneira ineficiente. Desta forma, é relevante o desenvolvimento de técnicas de tratamento eficientes na remoção da carga poluidora do mesmo e que sejam. compatíveis. com. a realidade técnica e. econômica dos. municípios. (MANNARINO et al., 2006). Kargi & Pamukoglu (2004) comentam que a combinação de processos físicos, químicos e biológicos, é usualmente utilizada para um tratamento efetivo do chorume, visto que, segundo eles, é difícil se obter uma remoção de poluentes satisfatória usando-.

(25) 4 se apenas um destes processos, dada à complexidade e o alto grau de poluição deste efluente. De maneira geral, para lixiviado de aterro sanitário, as rotinas integradas envolvem a utilização de métodos biológicos e físico-químicos. Esses últimos objetivam o aumento da biodegradabilidade da matriz (pré-tratamento) ou a remediação de parâmetros que a rota biológica não permite (polimento final) (MORAIS, 2005). Com a necessidade de proteção ao meio ambiente e controle da poluição, assim como a prevenção de doenças ocasionadas pela contaminação dos recursos hídricos, algumas tecnologias têm sido desenvolvidas. Dentre elas os métodos físico-químicos, envolvendo coagulação, que tem por objetivo aglomerar as impurezas que se encontram em suspensões finas (ou em estado coloidal) e algumas que se encontram dissolvidas, em partículas maiores que possam ser removidas por decantação ou filtração. Este fenômeno de aglomeração ocorre devido duas ações distintas: 1) Uma desestabilidade onde, por adição de produtos químicos, se neutralizam as forças elétricas superficiais e se anulam as forças repulsivas. Este primeiro fenômeno é a coagulação. 2) Uma aglomeração dos colóides "descarregados" até a formação de flocos que sedimentam a uma velocidade adequada. Esta aglomeração é facilitada pela agitação suave, porém completa para facilitar o contato dos flocos uns com os outros. Esta é chamada de floculação (PEREIRA, 2010). Os alcalinizantes mais utilizados, pelo seu baixo custo, é a Cal (virgem ou viva, hidratada). Podem também ser utilizado o hidróxido de cálcio [CaOH)2] e de misturas deste com o óxido de magnésio (MgO) e o hidróxido de magnésio [Mg(OH)2] (PEREIRA, 2010). Várias tecnologias de tratamento de lixiviado têm sido desenvolvidas, buscando a redução das concentrações de compostos orgânicos recalcitrantes (ex. substâncias húmicas), substâncias tóxicas como: nitrogênio amoniacal, metais pesados, entre outras e visando principalmente enquadrá-lo dentro dos limites de descarte permitidos pela legislação vigente. Devido à complexidade da matriz, muitas vezes para se obter uma melhor eficiência são empregados processos envolvendo a combinação de dois ou mais métodos para o tratamento desse tipo de efluente (TATSI et al., 2003), sendo esses métodos classificados como físicos, químicos e biológicos. Em geral, os processos biológicos apresentam boa eficiência no tratamento de líquidos percolados de aterros sanitários novos, ou seja, abaixo de 10 anos, os quais possuem maior concentração de matéria orgânica biodegradável. Já os aterros velhos,.

(26) 5 que é a atual classificação do Aterro de Resíduos Sólidos da Muribeca-PE, de onde foi coletado o lixiviado para o presente estudo, apresentam líquidos percolados com baixa biodegradabilidade, sendo que esses processos normalmente são empregados em conjunto com outros, de modo a aumentar a eficiência dos sistemas. Dentre os métodos físico-químicos, destaca-se a precipitação química utilizando hidróxido de cálcio ou cal hidratada, a qual vem sendo empregada com grande eficiência no tratamento de efluentes com elevadas concentrações de compostos orgânicos e metais pesados. A escolha dessa técnica consiste, entre outros fatores, na simplicidade do processo, no baixo custo e na disponibilidade do agente precipitante adotado (KURNIAWAN et al., 2006). Outro tipo de tratamento físico que pode ser testado sua eficiência no tratamento de lixiviados são as radiações ionizantes, como os elétrons de alta energia e a radiação gama, já que vários estudos demonstram a efetividade das radiações ionizantes na tratamento/desinfecção de esgoto (FAROOQ et al., 1993; BORRELY et al., 2004; CAPIZZI e SCHWARTZBROD, 2001; BASFAR e ABDEL REHIM, 2002; TAGHIPOUR, 2004). O desenvolvimento de métodos mais eficientes para o tratamento de lixiviado é um grande desafio, visto que esses tratamentos apresentam inúmeras dificuldades devido à dinâmica das características qualitativas e quantitativas desse tipo de efluente. Este trabalho consistiu em avaliar a eficiência da coagulação/floculação com o uso de coagulantes de baixo custo combinado ao uso da radiação gama no tratamento do lixiviado do Aterro de Resíduos Sólidos da Muribeca (Jaboatão dos Guararapes/PE).. 2 Estrutura do Trabalho O presente trabalho está dividido em 5 capítulos. O Capítulo I apresenta uma breve introdução, ressaltando os aspectos gerais sobre o potencial de contaminação do lixo pelos prejuízos causados a saúde pública e ao meio ambiente devido ao tratamento inadequado de seus subprodutos, além dos objetivos gerais propostos a alçar com o estudo. O Capítulo II inclui a Revisão Bibliográfica, onde são vistos vários conceitos sobre a geração de lixiviado, suas características e composição, além de apresentar métodos de tratamento tanto biológicos quanto físico-químico, dentre os quais serão focadas as técnicas experimentais a serem utilizadas no presente estudo..

(27) 6 O Capítulo III consiste na elaboração de um artigo com o título Avaliação de três cales para tratamento de lixiviado por coagulação, descrevendo a metodologia utilizada e os resultados analisados de parte da pesquisa realizada. No Capítulo IV é apresentado a composição de outro artigo com título Uso conjugado dos processos de coagulação/floculação e radiação gama para tratamento de lixiviado. Descrito com metodologia utilizada e resultados obtidos como segunda parte da pesquisa. As conclusões são apresentadas no Capítulo V. As referências bibliográficas são apresentadas no final de cada capítulo.. 3 Referências Bibliográficas BASFAR, A. A.; ABDEL REHIM, F. Disinfection of wastewater from a Riyadh astewater Treatment Plant with ionizing radiation. Radiation Physics and Chemistry, v.65, p. 527-532, 2002. BORRELY, S. I.;GONÇALVES, A. A.;OIKAWA, H.;DUARTE, C. L.;ROCHA, F. R. Electron beam accelerator for detoxification of efluents. When radiation processing can enhance the acute toxicity? Radiation Physics and Chemistry, v.71, p.453–456, 2004. CAPIZZI, S.; SCHWARTZBROD, J. Irradiation of Ascaris ova in sludge using an electron beam accelerator. Water Research, v. 35, n. 9, p. 2256-2260, 2001.. EL-FADEL, M., BOU-ZEID, E., CHAHINE, W., ALAYLI, B. Temporal variation of leachate quality from pre-sorted and baled municipal solid waste with high organic and moisture content. Waste Management, v. 22, p. 269-282, 2002. FAROOQ, S.; KURUCZ, C. N.; WAITE, T. D.; COOPER, W. J. Disinfection of Wastewaters: High-Energy Electron vc Gamma Irradiation. Water Research, v. 27, n. 7, p.1177-1184, 1993. JUCÁ, J.F.T. Disposição final dos resíduos sólidos urbanos no Brasil. In: 5º Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental – REGEO 2003, Porto Alegre-RS, 2003. KARGI, F.; PAMUKOGLU, M.Y. Adsorbent supplemented biological treatment of pre-treated landfill leachate by fed-batch operation. Bioresource Technology, v. 94, p. 285-291, 2004..

(28) 7 KELLY, R.J. Solid waste biodegradation enhancements and the evaluation of analytical methods used to predict waste stability. PhD Thesis - Faculty of Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg-Virginia. 66 p, 2002. KJELDSEN, P.; BARLAZ, M. A.; ROOKER, A. P.; BAUN, A.; LEDIN, A.; CHRISTENSEN, T. Present and long-term composition of msw landfill leachate: A review. Environmental Science and Technology, v. 32, n. 4, p. 297 – 336, 2002. KURNIAWAN, T.A.; LO, W.; CHAN, G.Y.S. Physico-chemical treatments for removal of recalcitrant contaminants from landfill leachate. Journal of Hazardous Materials, n. 28, p. 80-100, 2006. LEITE, C. M. B.; BERNADES, R. S.; OLIVEIRA, S. A. Método Walkley Black na determinação da matéria orgânica em solos contaminados por chorume. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande, v.8, n.1, p. 111115, 2004. LOPES, W.S.; LEITE, V.D.; ATHAYDE JÚNIOR, G.B.; SILVA, S.A. ; SOUSA, M.A. Estudo do stripping de amônia em líquido percolado. In: 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Joinville-SC. 2003. MANNARINO, F.C.; FERREIRA, J.A.; CAMPOS, J.C.; RITTER, E. Wetlands para tratamento de lixiviados de aterros sanitários – experiências no Aterro Sanitário de Piraí e no Aterro Metropolitano de Gramacho (RJ). Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 11, n. 2, p. 108-112, 2006. MORAIS, J.L. Estudo da potencialidade de processos oxidativos avançados, isolados e integrados com processos biológicos tradicionais, para tratamento de chorume de aterro sanitário. Tese de Doutorado - Universidade Federal do Paraná, Curitiba-PR. 207p, 2005. MORAES, P. B.; BERTAZZOLI, R. Degradação fotoelotroquímica de chorume de lixo gerado em aterros sanitários. In: Resumo Tese Pós-Doutorado. Disponível em:< http://www.cori.rei.unicamp.br/brasil japão3/trabalhos2005>. Acessado em: 16 de dezembro de 2009. PAES, R.F.C. Caracterização do chorume produzido no Aterro da Muribeca –PE. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Campina Grande, Campina GrandePB. 150 p, 2003..

(29) 8 PEREIRA, D. X. Resumos sobre coagulação, floculação e decantação. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/resumos-sobre-coagulacao-floculacaoedecantacaodf.a23037.html>. Acessado em: Fevereiro de 2010. SILVA, A.C. Tratamento do percolado de aterro sanitário e avaliação da toxicidade do efluente bruto e tratado. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro-RJ. 111 p, 2002. TAGHIPOUR, F. Ultraviolet and ionizing radiation for microorganism inactivation. Water Research, v.38, p.3940–3948, 2004. TATSI, A.A., ZOUBOULIS, A.I., MATIS, K.A., SAMARAS, P. Coagulation– flocculation pre-treatment of sanitary landfill lichgates. Chemosphere, v. 53, p. 737 744, 2003. VEIGA, A. A., CARDILLO, L., YOKOYAMA, L., CAMPOS, J.C. Remoção de amônia em chorume por arraste de ar. In: VIII Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Fortaleza-CE, 2006..

(30) 9. CAPÍTULO II REVISÃO BIBLIOGRAFICA.

(31) 10. 1. Definição e Geração de Lixiviado em Aterros de Resíduos Sólidos Urbanos. Chorume é o nome comumente utilizado para caracterizar o líquido gerado durante o processo da decomposição predominante anaeróbia de resíduos sólidos dispostos em aterro sanitário (BIDONE e POVINELLI, 1999). No entanto, lixiviado ou percolado é a denominação atual dada à mistura de líquidos provenientes da umidade natural dos resíduos sólidos, uma vez que, na prática, seria impossível distinguir as diferentes fontes de água dentro dos aterros sanitários. Além disso, o termo caracteriza melhor os processos físicos e químicos ligados ao fenômeno de geração deste líquido, como a infiltração e percolação das águas pluviais e o arraste, ou lixiviação, dos compostos solúveis do interior da massa de resíduos. A formação de lixiviados é função da precipitação e da disponibilidade de água no local, das características dos resíduos depositados e do método de impermeabilização do aterro. De acordo com El-Fadel et al. (2002), os fatores que influenciam no processo de formação de lixiviados podem ser divididos naqueles que contribuem diretamente no teor de umidade do aterro (drenagem superficial, chuva, águas subterrâneas, conteúdo de umidade inicial, recirculação e a decomposição dos resíduos) e aqueles que afetam a distribuição da umidade dos resíduos aterrados (compactação, permeabilidade, granulometria, vegetação, camada de cobertura, impermeabilização, entre outros). Dentre as fontes que contribuem para a formação do lixiviado, a água da chuva que percola através da camada de cobertura é, sem dúvida, a mais relevante (D’ALMEIDA e VILHENA, 2000 apud ALCÂNTARA, 2007). Nem toda a água que alcança a superfície do aterro se converte em lixiviado. Parte desta água se perde por escoamento superficial, se os resíduos do aterro estão cobertos superficialmente com solo, e pode ser tratada como água limpa. Outra parte da água se perde por evaporação direta do solo e transpiração vegetal. Ambos os processos normalmente se combinam e denomina-se evapotranspiração. O restante da água infiltrar-se-á na cobertura de solo e uma porção desta ficará retida no solo (MONTEIRO, 2003). Teoricamente, nenhum lixiviado será formado até, que a umidade do meio exceda a capacidade de campo, que de acordo com Velásquez et al. (2003) apud Alcântara (2007) representa a quantidade de água provável que será retida pelos resíduos, antes da produção de lixiviado..

(32) 11 Segundo Lins (2003), os resíduos sólidos inicialmente agem como uma esponja, pois simplesmente absorvem a água. Entretanto, o material atinge um teor de umidade tal que, uma vez ultrapassado, inicia-se a produção de lixiviado. Este fenômeno é conhecido como capacidade de campo ou de retenção que é definida como o máximo conteúdo de umidade que é retido num meio poroso sem produzir percolação. A capacidade de campo dos resíduos sólidos urbanos está diretamente relacionada com a composição física e peso específico do mesmo e o seu conhecimento é essencial para implementar um controle do teor total de umidade no aterro, uma vez que esse pode influenciar as condições de biodegradação e produção de metano. O potencial de formação do lixiviado, segundo Alcântara (2007), pode ser avaliado através do balanço hídrico, ou seja, a diferença entre a soma de todas as frações de água que entram e saem do aterro, em um determinado intervalo de tempo. O autor descreve que a estimativa da produção de lixiviado em função da equação de balanço hídrico pode ser expressa pela Equação 1, cujos termos estão indicados na Figura 1.. L = (P + Wrs + Ws) – (Ev + Et + Es + Wv + ∆Wrs) ± ∆W + Rc. (1). na qual: L = geração de lixiviado; P = precipitação; Wrs = água proveniente dos resíduos e do solo de cobertura; Ws = água subterrânea; Es = escoamento superficial; Ev = evaporação; Et = evapotranspiração; Wv = vapor d’água; ∆Wrs = água retida nos resíduos e no solo de cobertura; ∆W = consumo/produção de água proveniente de reações bioquímicas; Rc = recirculação de líquidos.. Figura 1: Fonte de umidade que contribui para formação de lixiviado em aterro (ALCANTARA, 2007)..

(33) 12 Em aterros menores e mais simples ou na falta de dados para aplicação dos modelos de balanço hídrico, metodologias simplificadas podem ser empregadas. Um delas é o Método Suíço, descrito por ROCCA et al. (1979), que estima a vazão de lixiviado de acordo com a Equação 2: Q = 1/t •P•A•K. (2). onde: Q = vazão média de lixiviado (L/s); P = precipitação média anual (mm); A = área do aterro (m2); t = número de segundos em um ano (s); K = coeficiente que depende do grau de compactação dos resíduos, e cujos valores são Tabelados. Segundo Silva (2002) determinar o volume de lixiviado gerado em um aterro não é uma tarefa fácil, para tanto, vários pesquisadores vem estimando a produção do lixiviado com aplicação de modelos matemáticos. Porém, esta ferramenta ainda apresenta imprecisões decorrentes da diferença dos cenários para a aplicação do modelo e do grande número de variáveis envolvidas. As transformações ocorridas durante a degradação da matéria orgânica contida nos resíduos sólidos são do tipo biológicas, sendo estas transformações responsáveis pela geração do lixiviado, que podem realizar-se de forma aeróbia ou anaeróbia, segundo a disponibilidade de oxigênio. A biodegradação da massa de lixo se dá pela ação conjunta de diferentes grupos de microrganismos, sejam eles: fungos e bactérias. Assim que ocorre a disposição dos RSU, estão presentes os microrganismos aeróbios, onde existe uma fonte de oxigênio (oxidante) para suas atividades metabólicas. Após um determinado tempo há proliferação de organismos anaeróbios, que degradam a matéria orgânica sem presença de oxigênio e perduram durante toda a vida em um aterro (MELO, 2003). Fungos, juntamente com as bactérias heterotróficas, são os principais decompositores da biosfera, quebrando os produtos orgânicos e reciclando carbono, nitrogênio e outros compostos do solo e do ar. Muitos fungos são economicamente importantes para o homem como destruidores de alimentos estocados e outros materiais orgânicos (LEITE, 2008). Em compostos de RSU, têm sido encontrados fungos do gênero Aspergullus, inclusive da espécie A. fumigatus, que é responsável por infecções graves em seres humanos e animais. Como os fungos são microrganismos esporógenos, a sua presença ao longo do processo de degradação de RSU em aterros, sugere que eles possam.

(34) 13 permanecer por muito tempo, no ambiente do aterro, mesmo após a estabilização do material orgânico (ALCÂNTARA, 2007). As bactérias encontradas em RSU podem ser aeróbias, anaeróbias ou facultativas a depender da fase de decomposição dos resíduos e das condições de oxigenação do ambiente. Em geral a decomposição aeróbia é relativamente curta em um aterro de RSU. Em aterros pouco profundos (inferiores a 3m) ou quando se garante suprimento extra de oxigênio, essa fase pode se estender por um tempo maior. Para uma melhor caracterização da composição qualitativa do lixiviado gerado em um aterro, é importante o conhecimento da fase do processo de degradação anaeróbia em que a matéria orgânica aterrada se encontra, uma vez que as características de cada fase influenciam diretamente na qualidade do lixiviado ao longo do processo de estabilização (CASTRO, 2001 apud PAES, 2003). O ecossistema de um aterro é o resultado de interações complexas entre diferentes grupos microbianos e isso pode ser evidenciado pela cadeia degradativa, onde determinado substrato fornece produtos para um grupo e este para outro e assim sucessivamente (VILLAS BÔAS, 1990 apud ALVES, 2005). Essa diversidade de microrganismos encontradas nos RSU é dada por sua heterogeneidade que disponibiliza diversos substratos a esses grupos microbianos. As reações de degradação da matéria orgânica acontecem seqüencialmente em fases, compreendendo uma fase aeróbia e quatro fases anaeróbias com a formação do lixiviado e de biogás, principalmente o metano. A duração dessas fases depende das condições físicas, químicas e microbiológicas que se desenvolvem dentro do aterro ao longo do tempo (POHLAND e HARPER, 1985). As fases da degradação da matéria orgânica no caso especifico de substratos sólidos confinadas em aterros sanitários estão apresentadas na Tabela 1..

(35) 14 Tabela 1: Fases e ocorrências durante a degradação da matéria orgânica. Fases. I – aeróbia:. II – anaeróbia não metanogênica:. III – anaeróbia metanogênica (instável): IV – anaeróbia metanogênica (estável):. V – maturação final. Ocorrências Há presença fungos e bactérias, dada presença de oxigênio difundido no meio da massa sólida, permanecendo assim durante algumas semanas ou até poucos meses, em função da cobertura diária do lixo e da atividade microbiana, passam assim a vigorar as condições anaeróbias. A atividade dos microrganismos leva a produção de CO2 e água, ao consumo de oxigênio e a elevação da temperatura. Começa a predominar as condições anaeróbias, com um aumento significativo na produção de dióxido de carbono e hidrogênio pelos microrganismos aeróbios facultativos. A glicose da primeira fase é metabolizada por este grupo. Ocorre formação de ácidos, com consequente queda do pH e simultaneamente se observa acentuado decréscimo de oxigênio livre, que tende a zero. Esta fase é caracterizada pela primeira evidência da produção de metano havendo, em conseqüência, redução nas produções de dióxido de carbono e hidrogênio. Há uma produção acentuada de acetato, formiato, hidrogênio e dióxido de carbono, até chegar a fase metanogênica estável. anaeróbia metanogênica (estável): as produções de metano e dióxido de carbono atingem uma composição constante sugerindo, segundo os autores, que na massa de resíduos que está sendo degradada, estejam prevalecendo as atividades das metanobactérias. Esta fase consiste no estágio final de estabilização em aterros, nutrientes e substratos disponíveis tornam-se limitados e a atividade biológica é reduzida. A produção de gás diminui e o chorume permanece com concentrações mais baixas, o oxigênio e espécies oxidativas podem reaparecer vagarosamente.. Fonte adaptada: MEIRA, 2009. De acordo com Melo (2003) as culturas bacterianas crescem exponencialmente durante o crescimento ativo, aumentando em progressão geométrica, sendo este crescimento influenciado pela composição nutricional do meio e pelas condições físicas. Se o crescimento bacteriano ocorre num sistema fechado, ou seja, sem a entrada de novos nutrientes, bem como a remoção dos metabólitos gerados no processo, ocorre a exaustão do sistema. Durante o crescimento, a população em um sistema fechado é balanceada, havendo um aumento ordenado em todos os constituintes de cada célula microbiana..

(36) 15 Quando é atingida a população máxima, verifica-se a exaustão de nutrientes e a intoxicação pelos produtos metabólicos gerados pelos próprios microrganismos. A reprodução é inibida e começa a morte celular. A cinética do crescimento de microrganismos em aterros de RSU para uma determinada massa de resíduos ocorre em quatro fases distintas de crescimento em função do tempo: lag, log, estacionária e declínio (Figura 2).. Figura 2: Curva do crescimento microbiano mostrando as quatro fases (KYAW, 2006). Segundo Meira (2009), as fases de crescimento microbiano correspondem aos seguintes acontecimentos: Fase lag: período variável, onde ainda não há um aumento significativo da população. Ao contrário, é um período onde o número de organismos permanece praticamente inalterado. Esta fase também é observada quando as células sofrem traumas físicos (choque térmico, radiações) ou químicos (produtos tóxicos), ou quando são transferidas de um meio rico para outro de composição mais pobre. É uma fase onde há a adaptação microbiana ao meio imposto e se deve a atividade metabólica dos microrganismos para adaptar-se ao novo ambiente, antes de poder duplicar-se. Essa adaptação é necessária, pois os organismos sintetizam enzimas extracelulares a fim de degradar as substâncias presentes no meio. Para a produção desta enzima, leva-se algum tempo, por isso não há crescimento bacteriano e sim uma preparação para este crescimento. Fase log ou exponencial: nesta etapa, as células estão plenamente adaptadas, absorvendo os nutrientes, sintetizando seus constituintes, crescendo e se duplicando. Deve ser levado em conta também que neste momento, a quantidade de produtos finais de metabolismo ainda é pequena. Diminui-se o oxigênio e inicia-se o desaparecimento de. microrganismos. aeróbios. e. surgimento. de. anaeróbios. degradadores. de.

(37) 16 macromoléculas. Os microrganismos alcançam uma velocidade constante do crescimento, pois as células iniciam seu processo de divisão, entrando no período de crescimento exponencial ou logarítmico. Fase estacionária: nesta fase, os nutrientes estão escasseando e os produtos tóxicos estão tornando-se mais abundantes. Nesta etapa não há um crescimento líquido da população, ou seja, o número de células que se divide é equivalente ao número de células que morrem. Diversos fatores podem intervir na fase log e diminuir sua atividade, entre eles tem-se: o término de nutrientes, o acúmulo de produtos de degradação, assim como mudanças no pH que podem ser danosas as células. Fase de declínio ou morte celular: a maioria das células está em processo de morte, embora outras ainda estejam se dividindo, portanto o número de células mortas excede ao de células novas. Vários são os fatores que determinam esta fase, entre eles estão a diminuição do substrato, subprodutos do metabolismo que se tornam tóxicos quando em altas concentrações. Embora seja um processo natural, a decomposição dos RSU em um aterro sanitário é um processo complexo e para que ocorra um crescimento bacteriano satisfatório, todos os microrganismos necessitam de condições mínimas para sobrevivência e posterior reprodução. Portanto, o pH, a umidade e temperatura ideais são fatores essenciais para o seu desenvolvimento (MELO, 2003). Segundo Paes (2003), o pH deveria ser ácido nas células contendo resíduos mais recentes e básico nas células mais antigas, que já estariam na fase metanogênica de degradação, porém isto nem sempre é verificado uma vez que dentro de uma mesma célula ocorrem simultaneamente várias fases de decomposição devido às diferentes idades dos resíduos sólidos aterrados. A fase aeróbia normalmente se estabelece logo após a deposição dos resíduos sólidos urbanos na célula do aterro, estendendo-se até um curto período após a execução do sistema de cobertura, quando ainda existe oxigênio livre no interior da massa de resíduos (MACIEL, 2003). Nesta fase, sob a ação de microrganismos aeróbios, ocorre a completa oxidação dos compostos orgânicos biodegradáveis e a sua conversão em água, gás carbônico, sais minerais, materiais parcialmente degradáveis e biomassa, além de promover também uma elevação da temperatura do meio (MC BEAN et al., 1995 apud.

(38) 17 MONTEIRO, 2003). Segundo Palmisano & Barlaz (1996), a fase aeróbia geralmente só chega a durar alguns dias. O lixiviado formado durante a fase aeróbia é caracterizado pelo elevado teor de sais solúveis e teores relativamente pequenos de espécies orgânicas, provenientes da biodegradação aeróbia, sendo esse provavelmente resultado da umidade aterrada com os resíduos sólidos urbanos durante a compactação e construção das células (LU et al., 1985 apud ALCÂNTARA, 2007; POHLAND e GOULD, 1986 apud PAES, 2003). A fase anaeróbia de degradação caracteriza-se por ser mais longa e por só ocorrer na ausência de oxigênio. Quanto à bioestabilização dos resíduos sólidos na degradação anaeróbia, a mesma pode ser compreendida como a sucessão de quatro etapas: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese (VAN HAANDEL e LETTINGA, 1994 e CHERNICHARO, 1997 apud PAES, 2003). Nestas etapas diversos grupos de microrganismos convertem matéria orgânica complexa em subprodutos orgânicos tais como metano, álcoois, sulfetos e amônia. Basicamente existem três tipos de grupos de bactérias que participam da decomposição anaeróbia: as fermentativas, as acetogênicas e as metanogênicas (MELO, 2003). Na Figura 3 são ilustradas as etapas de decomposição da matéria orgânica e suas respectivas rotas metabólicas.. Figura 3: Fluxograma das rotas metabólicas e grupos microbianos envolvidos na decomposição da matéria orgânica dos reísiduos sólidos (MELO, 2003)..