23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
III-171 - TRATAMENTO ANAERÓBIO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS:
AVALIAÇÃO COMPARATIVA ENTRE UM SISTEMA INTEGRADO DE
TRATAMENTO E O ATERRAMENTO CONVENCIONAL
Fabiana Alves Fiore
Engenheira Civil. Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos - UFMG. Consultora da
Fundação Estadual do Meio Ambiente/MG. Professora da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da FUMEC.
Carlos Augusto de Lemos Chernicharo (1)
Engenheiro Civil e Sanitarista. Doutor em Engenharia Ambiental pela Universidade de Newcastle upon Tyne
– UK. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG.
Ilka Soares Cintra
Engenheira Civil. Doutora em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de
Minas Gerais. Professora Ajunta do Departamento de Cartografia do Instituto de Geociências da UFMG.
Endereço(1): Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – UFMG; Av. do Contorno, nº 842 – 7º andar –
Centro – Belo Horizonte – MG – Brasil – CEP 30110-060– Tel: (31) 3238-1020 – E-mail:
[email protected]
RESUMO
Os aterros sanitários utilizados para a disposição dos grandes volumes de resíduos sólidos gerados nos centros
urbanos vem sendo avaliados no intuito de aprimorar as técnicas atualmente empregadas em sua implantação e
operação e, sobretudo, visando garantir o tratamento da massa de resíduos aterrada e dos efluentes gerados
durante o processo de degradação anaeróbia. O presente trabalho traz os resultados obtidos com o
monitoramento de seis reatores, contendo resíduos sólidos do Município de Belo Horizonte, em diferentes
condições de operação: aterramento convencional (linha 1) e sistema de tratamento integrado de tratamento de
RSU e de chorume (linha 3). Para a inoculação dos reatores de tratamento de RSU e pré-tratamento do
chorume, na linha 3, foi utilizado um reator UASB. A degradação da massa de resíduos foi avaliada por meio
de parâmetros físico-químicos do chorume, sendo possível constatar que a linha 3 de tratamento apresentou
melhor desempenho na degradação da massa de RSU, com a antecipação da fase metanogênica em
aproximadamente 220 dias. A abertura dos reatores, que ocorreu por volta do dia 600 de operação do sistema,
evidenciou reduções de massa nos reatores componentes das linhas 1 e 3. Com os resultados apresentados
neste trabalho, pretende-se ampliar os conhecimentos técnicos referente à digestão anaeróbia ocorrente nos
aterros de resíduos sólidos urbanos.
PALAVRAS-CHAVE: Aterros sanitários, chorume, resíduos sólidos urbanos, sistema integrado de
tratamento.
INTRODUÇÃO
O quadro de degradação ambiental observado na atualidade, decorrente da disposição inadequada dos RSU, é
um dos graves problemas enfrentados pelas comunidades urbanas causados, sobretudo, pelas políticas de
consumo e de capital.
Tendo em vista a contínua geração de resíduos sólidos, e a necessidade de reversão do quadro de degradação
ambiental, instalado em vários centros urbanos, a busca por novos parâmetros e tecnologia, no que tange ao
tratamento e disposição final dos resíduos sólidos, vem crescendo a cada dia com o objetivo de nortear novas
propostas e concepções de projetos.
No Brasil, onde ainda é possível verificar a disponibilidade de áreas nas proximidades dos grandes centros
urbanos, uma das principais soluções técnicas adotadas no intuito de interromper o fluxo de degradação
observado, com a disposição inadequada dos RSU, é o seu aterramento.
O aprimoramento das técnicas empregadas na implantação e operação dos aterros sanitários é alvo de diversos
estudos que vêm sendo desenvolvidos com o intuito de preencher as lacunas persistentes e até mesmo não
observadas.
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Nesse sentido, a presente pesquisa, apoiada pelo PROSAB (Edital III, Tema 4), teve por objetivo principal
avaliar as diferentes condições de degradação anaeróbia dos RSU em diferentes condições de operação:
aterramento convencional e sistema de tratamento integrado de tratamento de RSU e de chorume.
MATERIAL E MÉTODOS
Visando simular as condições de degradação anaeróbia dos RSU, ocorrentes nos aterros sanitários, foram
instalados no Laboratório de Instalações Pilotos da UFMG reatores em fibra de vidro, com um volume útil de
700 litros cada. Esses reatores, mostrados na Figura 1, foram preenchidos com RSU do Município de Belo
Horizonte, tendo os reatores R1 e R2 simulado as condições de um aterramento convencional (linha 1), e os
reatores R7, R8 e R9 um sistema integrado de tratamento dos RSU e de chorume (linha 3).
Reator
UASB
Linha 3
Linha 1
Reator 7
Reator 8
Reator 9
Reator 1
Reator 2
Figura 1 - Reatores de tratamento dos RSU
Cada reator recebeu, em média, 347 kg de RSU, e 200 litros de chorume oriundo de uma célula do aterro
sanitário de Belo Horizonte, com cerca de 6 meses de operação. Para os reatores que simularam as condições
de degradação dos RSU em um sistema integrado foi efetuada a contínua recirculação do chorume pré-tratado
por meio de um reator UASB.
Monitoramento
A degradação da massa de RSU confinada nos reatores foi avaliada por meio de parâmetros físico-químicos
do chorume e também através das condições de degradação da massa de RSU observadas no início e no final
do experimento.
Dentre os parâmetros físico-químicos avaliados destacam-se, neste trabalho, aqueles necessários ao
entendimento da bioestabilização da matéria orgânica presente nos RSU, apresentados na Tabela 1.
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Tabela 1 - Parâmetros físico-químicos analisados.
Método(1)
Parâmetro
Freqüência
Preparação
Determinação
Chorume efluente dos reatores de RSU
Sólidos Voláteis (totais, suspensos e fixos)
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5)
(2)
semanal
2540 B e E
semanal
Demanda Química de Oxigênio (DQOt e DQOf)
semanal
Alcalinidade Total (AT) (2)
semanal
5210 B
4500-O B
5220 C
semanal
Ácidos Graxos Voláteis (AGV) (2)
quinzenal
Nitrogênio Amoniacal
MORAES et al.
(2001)
semanal
Cromatografia
gasosa
4500-NH3 C
(2)
Fósforo Total
quinzenal
4500-P B.4
4500-P C
(1) AWWA/APHA/WEF (1998).
(2) Análise especial, com alguma modificação, ou que não consta do Standard Methods AWWA/APHA/ WEF, 1998).
(3) Al, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Pb e Zn.
RESULTADOS
Matéria Orgânica
A partir do monitoramento da carga orgânica presente no chorume pôde-se verificar que a degradação dos
RSU foi antecipada nos reatores que simularam o sistema integrado de tratamento, tendo esses, durante o
período de monitoramento, atingindo características semelhantes àquelas observadas em aterros antigos.
Se observados os valores de referencia, da razão DBO/DQO, preconizados pelos autores (HAMADA, 1997;
Russo et al., 2000; ROBINSSON et al. 1979 apud PESSIN et al., 1997), a saber:
-
DBO/DQO ≥ 0,5 para aterros novos;
0,05 ≤ DBO/DQO ≤ 0,2 para aterros antigos;
DBO/DQO = 0,4 serve como indicador da mudança de fase de degradação dos resíduos aterrados de
acetogênica para metanogênica.
Verifica-se, por meio da análise da Figura 2, que a linha 3 de tratamento atingiu a fase metanogênica por volta
do dia 280 de operação, sendo verificado, a partir do dia 337, valores da razão DBO/DQO inferiores a 0,2.
Observa-se que apenas o reator R2 atingiu a fase metanogênica de degradação por volta do dia 500 de
operação do sistema, não sendo esta atingida pelo reator R1, em nenhum momento da pesquisa.
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1,0
DBO/DQO
0,8
0,5
R1
R2
0,3
Linha 3
0,0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
Tempo de Operação (dias)
Figura 2 - Evolução temporal da razão DBO/DQO nas duas linhas de tratamento de RSU.
Sólidos
Os sólidos voláteis presentes no chorume, que retratam o grau de estabilização da matéria orgânica, também
serviram para a avaliação das condições de degradação dos RSU. Observa-se que os dados obtidos com a
análise desses parâmetros serviram para confirmar aqueles resultados obtidos com a avaliação da DQO e da
DBO do chorume.
50
SD V (g/L)
40
30
R1
20
R2
linha 3
10
0
0
60
120
180
24 0
30 0
3 60
4 20
T em p o d e O p e raç ã o (d ia s )
4 80
540
600
Figura 3 - Evolução temporal dos SDV nas duas linhas de tratamento de RSU.
Os sólidos dissolvidos voláteis, mostrados na Figura 3, validam as fases de degradação dos resíduos sólidos
inferidas na análise da DBO e DQOfiltrada do chorume, em ambas as linhas de tratamento. Observa-se que para
os reatores constituintes da linha 3 e para o reator R2, que atingiram a fase metanogênica de degradação dos
RSU, houve um decréscimo dos SDV no chorume, o que não foi observado para o reator R1.
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Sistema ácido-base
Os valores de pH, mostrados na Figura 4, verificados nos reatores de tratamento dos RSU que atingiram a fase
metanogênica de degradação, não se enquadram na faixa determinada como ótima para a síntese celular dos
microrganismos metanogênicos, ficando muito próximo ao valor considerado inibidor para as arqueas
metanogênicas.
8,5
8,0
7,5
7,0
pH
lin h a 3
R2
6,5
R1
6,0
5,5
5,0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
T e m p o d e O p e r a ç ã o (d i a s)
Figura 4 - Evolução temporal do pH nas duas linhas de tratamento de RSU.
Um importante parâmetro de controle operacional de sistemas anaeróbios é a razão AGV/AT. Se considerados
os valores determinados na literatura atual, AGV/AT ≤ 0,1 (KASPAR & WHURMAN (1978) apud
MONTEGGIA et al. (1996)) ou AGV/AT próxima a 0,5 (LOPES et al. (2000)).
3
2
AGV / AT
linha 3
R2
R1
1
0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
Te m p o d e O p e r a ç ã o (d ia s )
Figura 5 - Evolução temporal da razão AGV/AT nas duas linhas de tratamento de RSU.
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O valor médio da razão AGV/AT para o chorume drenado dos reatores, mostrado na Figura 5, a partir do dia
160 de operação do sistema, foi:
-
para o reator R1: AGV/AT = 2,5;
para o reator R2: até o dia 500 - AGV/AT = 1,9;
após o dia 500 - AGV/AT = 0,1;
para os reatores da Linha 3 de tratamento: até o dia 280 - AGV/AT = 0,6;
após o dia 500 - AGV/AT = 0,1.
O sistema integrado de tratamento dos RSU apresentou um sistema ácido-base melhor equilibrado do que os
reatores que simularam as condições de um aterramento convencional.
Nutrientes
Os microrganismos responsáveis pela digestão anaeróbia dos resíduos sólidos podem ser inibidos pela
indisponibilidade de nutrientes no meio. Com base nas relações médias propostas por LETTINGA et. al
(1996) apud CHERNICHARO (1997), a disponibilidade de nutrientes nos reatores da pesquisa foram
avaliadas a partir do dia 160 de operação do processo, conforme mostrado na Tabela 2.
Tabela 2 - Disponibilidade de nutrientes nos reatores de tratamento de RSU, a partir do dia 160 de
operação do sistema.
Linha 1
Linha 3
NTK (mg/L)
P (mg/L)
NTK (mg/L)
P (mg/L)
1762
46
1505
31
Razões médias
DQO : NTK : P
58000 : 1762 : 46
13000 : 1505 : 31
Fase Metanogênica
Fase Fermentativa
DQO
NTK
P
DQO
NTK
P
1000
5
1
350
5
1
linha 1 de tratamento
1000
30,4
0,8
350
10,6
0,3
linha 3 de tratamento
1000
115,8
2,4
350
40,7
0,8
Valores de Referência
(1)
(1) - LETTINGA et al. apud CHERNICHARO (1997).
Observa-se que o fósforo pode ser considerado como o fator limitante do desempenho dos reatores de
tratamento componentes da linha 1.
Condições de degradação da massa de RSU no início e final do experimento
A redução da massa de resíduos observada nos reatores de tratamento (Tabela 3) evidencia a ocorrência de
degradação dos resíduos sólidos urbanos. Tendo em vista que a maior redução de massa foi observada para os
reatores constituintes da linha 3 de tratamento, com valor médio da ordem de 21%, pode-se inferir que o
sistema integrado proposto possui maior eficiência na tratabilidade dos RSU do que o sistema convencional
(linha 1).
Tabela 3 - Características dos RSU confinados nos reatores no início e final da pesquisa.
Parâmetro
Avaliado
Peso
(Kg)
Volume (m3)
Densidade
(kg/m3)
Redução de
peso (%)
Reator 1
Inicial Final
Reator 2
Inicial Final
Reator 7
Inicial Final
Reator 8
Inicial Final
Reator 9
Inicial Final
368,6
336,3
358,0
291,2
346,9
268,8
346,3
274,8
336,4
267,4
0,659
0,614
0,631
0,631
0,659
0,532
0,679
0,557
0,653
0,707
560
548
568
462
527
505
510
503
515
378
8,78
18,64
22,50
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20,65
20,51
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Verifica-se que os valores de densidade obtidos para os resíduos sólidos da pesquisa, mostram-se inferiores
àqueles retratados pela literatura, nas fases de preenchimento e abertura dos reatores. Isso pode, dentre outros
fatores, ser devido:
-
a compactação manual dos resíduos ocorrida quando do preenchimento dos reatores;
a saturação da massa de resíduos ocorrida por meio do preenchimento dos reatores com chorume;
a recirculação contínua do lixiviado, para os reatores constituintes da linha 3 de tratamento, que pode ter
promovido a lixiviação das menores partículas de RSU para o fundo do reator;
a retenção de gases no interior dos reatores;
ao atrito exercido pelas paredes dos reatores sobre os resíduos sólidos, em função do pequeno diâmetro
desses;
a não compactação posterior dos RSU.
-
A composição gravimétrica dos RSU confinados nos reatores da pesquisa na fase inicial e final do
experimento pode ser observada, em síntese, na Figura 6.
Contribuição das categorias para a m assa total de RSU
Inicial
40
Reator 1
Reator 2
30
Linha 3
25
20
15
10
5
o
u la d
a r tic
ia l p
os s
os
ma te
r
as
pod
el
e c ív
p u tr
ma d
e
ir a
n ic a
ma t.
orgâ
os
te c id
pak
te tr a
e lã o
pap
l
el nã
o re
c ic
lá v e
v el
pap
pap
el re
c ic lá
os
o u tr
lh o s
e n tu
PET
tic o
dur o
p lá s
tic o
f in o
p lá s
os o
me ta
l
não
f er r
os o
me ta
l
f er r
o
0
v id r
contribuição (% )
35
Figura 6 – Composição gravimétrica dos RSU nas fases inicial e final do experimento.
A diferença de contribuição das categorias, para a massa total dos resíduos tratados, implicou em uma
significativa alteração na contribuição dos Grupos de resíduos I, II e III, para a massa total confinada. São
eles:
-
Grupo I - materiais rapidamente biodegradáveis;
Grupo II - materiais lentamente biodegradáveis;
Grupo III - materiais inertes ou pouco biodegradáveis.
Observa-se que a ordem de contribuição dos grupos para a massa total de resíduos confinada, em termos
percentuais, foi alterada de I, III e II, no preenchimento dos reatores, para III, II e I, na abertura dos mesmos,
em ambas as linhas de tratamento, conforme mostra a Figura 7.
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Contribuiçã o dos Grupos pa ra a M a ssa
Tota l de RS U
Grupo III
Grupo II
Percentual (Peso Úm ido)
100%
Grupo I
80%
60%
40%
20%
0%
inic ial
Reator 1
Reator 2
Linha 3
Figura 7 - Contribuição dos grupos para a massa total de RSU, na fase inicial e final do experimento.
Essa alteração é devida, dentre outros fatores, pela(o):
-
redução da massa de resíduos rapidamente biodegradáveis, constituintes do grupo I, de 57 e 63% para as
linhas 1 e 3, respectivamente;
-
significativo acréscimo de peso dos grupos: II - 32 e 23% e III - 36 e 47% para os reatores da linha 1 e 3,
respectivamente, devidos, principalmente, a agregação de materiais particulados.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem o suporte recebido, às seguintes instituições:
•
•
•
•
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq;
Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP (PROSAB);
Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais – FAPEMIG;
Superintendência de Limpeza Urbana – SLU de Belo Horizonte.
CONCLUSÕES
Com o sistema integrado de tratamento de RSU obteve-se uma aceleração nas fases de degradação dos
resíduos observadas no aterramento convencional, sendo, a fase metanogênica antecipada em cerca de 220
dias;
Um melhor equilíbrio do sistema ácido-base foi observado para os reatores que simularam as condições de um
sistema integrado de tratamento de RSU, mesmo tendo os reatores da pesquisa, ao atingirem a fase
metanogênica, operado acima da faixa determinada como ótima para a síntese celular dos microrganismos;
Ligeira insuficiência do Fósforo, requerido como nutriente pelos microrganismos responsáveis pela
degradação dos RSU, com exceção ocorrida para os reatores constituintes da linha 3 de tratamento, após a
entrada do sistema na fase metanogênica de degradação;
A redução da massa de RSU observada na fase final do experimento mostrou-se mais significativa no sistema
integrado de tratamento do que para o aterramento convencional.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Resíduos Sólidos Urbanos. Anais do IX Simpósio Luso-Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental.
Porto Seguro, 2000.
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