ESTUDO DE GASES EM ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Luiz Fernandes de Brito Filho
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÂO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL
DO
RIO
DE
JANEIRO
COMO
PARTE
DOS
REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM
ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
Prof. Cláudio Fernando Mahler, D.Sc.
Prof. Márcio de Souza Soares de Almeida, Ph.D.
Prof. Maurício Ehrlich, D.SC.
Prof. Marcelo Martins Werneck, Ph.D.
Prof. João Vicente de Assunção, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
OUTUBRO DE 2005
FILHO, LUIZ FERNANDES DE BRITO
Estudo de Gases em Aterros de
Resíduos Sólidos Urbanos [Rio de
Janeiro]2005
XV, 222 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ,
M.Sc., Engenharia Civil, 2005)
Dissertação – Universidade Federal
do Rio de Janeiro, COPPE
1. Resíduos Sólidos
2. Gás de Aterro
3. Estudo de Casos
I. COPPE/UFRJ II. Título (série)
DEDICATÓRIA
Esta tese é dedicada ao Deus Eterno pela sua ajuda,
direção e provisão. Assim diz a Palavra de Deus: “...,
porque sem mim nada podereis fazer” (João 15:5).
AGRADECIMENTOS
Agradeço á Deus por conceder esta grande benção em minha vida.
Agradeço aos meus pais e meu irmão por me apoiarem neste trabalho.
Agradeço ao meu orientador e Prof. Cláudio Fernando Mahler, pela
sua orientação e ajuda nesta dissertação.
As colegas mestrandas Juliana Rose e Silvia M. Pereira pelo apoio e
ajuda na revisão deste trabalho.
A Engenheira Adriana Felipeto e a toda equipe da S.A. Paulista que
deram apoio e acompanhamento nos trabalhos de campo.
Aos funcionários do aterro Terra Brava que puderam me acompanhar
nos trabalhos de campo.
Aos funcionários Max G. de Souza e Luiz C. de Oliveira do
Laboratório de Geotecnia da COPPE-UFRJ que ajudaram nas coletas e
ensaios de laboratório.
Ao Laboratorista Ayr que ajudou na realização dos ensaios
cromatográficos.
Ao colega doutorando Silvio da EMBRAPA que ajudou nos ensaios de
Laboratório.
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
ESTUDO DE GASES EM ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Luiz Fernandes de Brito Filho
Outubro/2005
Orientador: Cláudio Fernando Mahler
Programa: Engenharia Civil
Este trabalho desenvolve um estudo de gás em dois aterros, um sanitário e um
controlado, por meio de análises cromatográficas e equipamentos de medidas in situ de
gás e temperaturas, comparando os resultados obtidos em campo e laboratório. Os dois
aterros estão localizados próximos ao município do Rio de Janeiro, com condições
construtivas, operacionais e geotécnicas bastante diferentes.
Além disso, são utilizados dois modelos estimativos de produção de biogás ou gás
de aterro. Com o auxílio destes modelos desenvolveu-se ainda uma avaliação
preliminar do potencial de geração do biogás produzido nestes dois aterros.
A importância do assunto reside no fato que, há uma pressão crescente da
sociedade na busca de soluções ambientalmente adequadas na disposição final dos
resíduos e com as receitas previstas oriundas do biogás dos aterros espera-se o rápido
desenvolvimento da atividade de construção de aterros sanitários adequados e
recuperação de lixões e aterros controlados no país, alterando a situação atual, onde
somente algumas grandes cidades possuem este equipamento urbano fundamental para a
qualidade do meio ambiente e da saúde humana.
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
LANDFILL GAS STUDY. CASE: NOVA IGUAÇU AND TERRA BRAVA
Luiz Fernandes de Brito Filho
October/2005
Advisor: Claudio Fernando Mahler
Department: Civil Engineering
This work is a study of the gas produced in two types of landfill: sanitary and non
sanitary.
Gas was collected for analysis from two landfills located near the city of Rio de
Janeiro. Their construction and cover materials are very different.
Measurements were taken in situ, using portable automated equipment, and in the
laboratory, using chromatographic equipment. The investigation analysed the emissions
of methane and CO2. The cover soils were also studied to see if the cover materials
affected the degradation process of the waste in relation to oxygenation and rainfall. A
slow increase in the production of methane was observed after the rainfall, particularly
in the Terra Brava landfill where the soil cover is much more permeable than in the
Nova Iguaçu landfill. Two mathematical models were used to estimate the landfill gas
production. A preliminary evaluation of the potential landfill gas was carried out.
The importance of the research area is related to increasing societal pressure to
produce environmentally friendly solutions for the disposal of waste and the financial
benefit of controlling landfill gas, especially the methane.
SUMÁRIO
I – INTRODUÇÃO......................................................................................................... 1
1.1 – OBJETIVO DESTE TRABALHO ................................................................................. 2
1.2 – AS HIPÓTESES DESTE TRABALHO .......................................................................... 2
II – HISTÓRICO DOS GASES..................................................................................... 4
2.1-HISTÓRICO DOS GASES RELACIONADO À DEGRADAÇÃO BIOLÓGICA DOS RESÍDUOS
SÓLIDOS ........................................................................................................................ 4
2.1.1 - PRINCÍPIO DE BARKER ..................................................................................... 5
2.1.2 - OS POSTULADOS DE ELIASSEN ........................................................................ 6
2.1.3 - A ROTA DE MCCARTY ..................................................................................... 7
2.1.4 - A ANALOGIA DE LIMA .................................................................................... 10
2.1.5 – EVOLUÇÃO DOS MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS PROVENIENTES DA
DECOMPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS: ................................................................... 12
III – METODOLOGIA E MATERIAIS .................................................................... 16
3.2 – METODOLOGIA E MATERIAIS .............................................................................. 16
3.2.1 - ESTUDO DE CAMPO........................................................................................... 16
3.2.2 – ESTUDO LABORATORIAL.................................................................................. 21
3.2.3 – 3ª ETAPA: COLETA E ENSAIOS DO SOLO DE COBERTURA ............................... 22
3.2.3.1 - MATERIAL PARA COLETA DE SOLO................................................................. 22
3.2.3.2 - QUANTO À COLETA DE SOLO DE COBERTURA ................................................. 22
3.2.3.3 - ENSAIOS DO SOLO ......................................................................................... 23
IV – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................ 26
4.1. A RELEVÂNCIA DA QUESTÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS ......................................... 26
4.2 - DEFINIÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS .................................................................... 27
4.3 – CLASSIFICAÇÃO DO LIXO .................................................................................... 28
4.4 – CONHECIMENTO DO LIXO MUNICIPAL ................................................................ 30
4.5 - COMPOSIÇÃO DO LIXO ......................................................................................... 32
4.6 – TRATAMENTO E DISPOSIÇÃO FINAL DO LIXO ...................................................... 36
4.6.1 - COMPACTAÇÃO ................................................................................................ 37
4.6.2 - TRITURAÇÃO .................................................................................................... 38
4.6.3 - INCINERAÇÃO ................................................................................................... 38
4.6.4 - COMPOSTAGEM ................................................................................................ 38
4.6.5 - RECICLAGEM .................................................................................................... 38
4.6.6 - LIXÃO ............................................................................................................... 39
4.6.7 - ATERRO CONTROLADO ..................................................................................... 40
4.6.8 - ATERRO SANITÁRIO .......................................................................................... 41
4.6.8.1 - TRATAMENTO POR DIGESTÃO ANAERÓBIA ......................................................... 43
4.6.8.2 - TRATAMENTO POR DIGESTÃO AERÓBIA ............................................................. 43
4.6.8.3 – TRATAMENTO BIOLÓGICO ............................................................................... 44
4.6.8.4 – TRATAMENTO POR DIGESTÃO SEMI-ANAERÓBIA ................................................ 44
4.7 – ATERRAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ............................................ 45
4.8 – DENSIDADE DOS RESÍDUOS E PRODUÇÃO DE GÁS ............................................... 48
4.9 – DRENAGEM DE BIOGÁS E PERCOLADO DA MASSA DE LIXO ................................ 49
V - GÁS DE ATERRO (LANDFILL GÁS): .............................................................. 52
5.1 – COMPOSIÇÃO, CARACTERÍSTICA E EXPLOSIVIDADE DO GÁS DE ATERRO ........... 52
5.1.1 - CONSTITUINTES PRINCIPAIS DO GÁS DE ATERRO ............................................... 52
5.1.2 - CONSTITUINTES DO GÁS DE ATERRO EM QUANTIDADES TRAÇADAS .................. 54
5.1.3 - COMPARAÇÃO COM OUTROS GASES .................................................................. 55
5.1.4 - EXPLOSIVIDADE DOS GASES ............................................................................. 56
5.1.4.1 - LIMITES DE EXPLOSIVIDADE INFERIOR E SUPERIOR (LEL E UEL)................. 58
5.1.4.2 - EXPLOSÕES DE GÁS DE ATERRO ..................................................................... 59
5.1.4.3 - FAIXAS DE GASES QUE PODEM CAUSAR PERIGO DE EXPLOSÃO ....................... 60
5.1.4.4 - AVALIAÇÃO DE PERIGO DE EXPLOSÃO CAUSADO POR UM ATERRO ................. 61
5.2 - GERAÇÃO DE GÁS (LANDFILL GAS) E FATORES DE GERAÇÃO .............................. 62
5.2.1 - FATORES QUE AFETAM A GERAÇÃO DE GÁS ..................................................... 67
5.2.2 - A DECOMPOSIÇÃO BIOLÓGICA E FASES DE PRODUÇÃO DE GÁS ....................... 69
5.3 – IMPORTÂNCIA DA MODELAGEM E MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS .................. 76
5.3.1-IMPORTÂNCIA DA MODELAGEM DA GERAÇÃO DE LFG E DA AVALIAÇÃO DO
POTENCIAL DE RECURSO LFG COMBUSTÍVEL ............................................................. 76
5.3.2 - O MODELO SCHOOL CANYON E OUTROS MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS ....... 78
5.3.2.1 - OUTROS MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS .................................................... 83
5.4 - MOVIMENTO DOS GASES EM ATERROS .............................................................. 106
5.4.1 - MOVIMENTO DOS PRINCIPAIS GASES DE ATERRO ............................................ 109
5.4.3 - MIGRAÇÃO DESCENDENTE DO GÁS DE ATERRO ............................................... 110
5.4.4 - FATORES QUE AFETAM A MIGRAÇÃO DO GÁS .................................................. 111
5.4.5 - MOVIMENTO DE OLIGOGASES ......................................................................... 113
5.5 - CONTROLE PASSIVO DOS GASES DE ATERRO ..................................................... 116
5.5.1 - VENTILAÇÃO PARA REBAIXAR A PRESSÃO/QUEIMADORES NA COBERTURA DO
ATERRO ..................................................................................................................... 117
5.5.2 - VALAS PERIMETRAIS DE INTERCEPTAÇÃO ....................................................... 118
5.5.2.1 - VALA PERIMÉTRICA TIPO BARREIRA ............................................................ 118
5.5.3 - BARREIRAS IMPERMEÁVEIS DENTRO DOS ATERROS ........................................ 121
5.5.4 - USO DE BARREIRAS ABSORVENTES PARA OLIGOGASES DENTRO DO ATERRO ... 121
5.5.5 - CONTROLE ATIVO DE GASES DE ATERRO COM INSTALAÇÕES PERIMÉTRICAS 121
5.6 - TÉCNICAS UTILIZADAS EM MONITORAMENTO DE GÁS METANO ....................... 126
5.6.1. ESTUDOS COMPARATIVOS DE TÉCNICAS UTILIZADAS EM MEDIÇÕES DE METANO
.................................................................................................................................. 128
5.7 - OXIDAÇÃO DE METANO ..................................................................................... 129
5.7.1. BACTÉRIAS OXIDADORAS DE METANO ............................................................. 129
5.7.2. O SIGNIFICADO DA OXIDAÇÃO DE METANO EM ATERROS CONTROLADOS ......... 130
5.8 - GESTÃO DO GÁS DE ATERRO ............................................................................. 131
5.8.1 - INCINERAÇÃO DOS GASES DE ATERRO ............................................................. 131
5.8.2 - SISTEMAS PARA RECUPERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DO GÁS DE ATERRO .... 132
5.8.3 - PURIFICAÇÃO E RECUPERAÇÃO DO GÁS .......................................................... 134
5.9 - LFG (LANDFILL GÁS) APLICAÇÕES, ECONOMIAS E UTILIZAÇÃO ...................... 134
5.9.1 - AS ECONOMIAS DE CONTROLE E UTILIZAÇÃO DO GÁS DE ATERRO ................... 135
5.9.1.1 - VANTAGENS DE RECUPERAÇÃO DE ENERGIA DO LFG................................. 135
5.9.1.2 - ECONOMIAS DE CONVERSÃO DO LFG EM ENERGIA ..................................... 135
5.9.1.3 - ECONOMIAS DE GERAÇÃO ELÉTRICA........................................................... 138
VI – ESTUDO DE CASO........................................................................................... 140
6.1 - CENTRAL DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS DE ADRIANÓPOLIS ........................... 140
6.1.1 - QUANTIDADE DE RESÍDUO GERADA ............................................................... 142
6.1.2 - CARACTERIZAÇÃO DO ATERRO SANITÁRIO .................................................... 143
6.1.3 - CANALIZAÇÃO DAS NASCENTES D'ÁGUA EXISTENTES NA ÁREA DO ATERRO . 144
6.1.4 - TRATAMENTO E IMPERMEABILIZAÇÃO DE FUNDAÇÃO ................................... 145
6.1.5 - DISPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS ............................................................................ 147
6.1.6 - SISTEMA DE DRENAGEM DE PERCOLADOS E GASES ........................................ 149
6.1.7 - SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS .............................................. 150
6.1.8 - INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE E MONITORAMENTO ................................. 150
6.1.9 - APROVEITAMENTO DO BIOGÁS ....................................................................... 151
6.2. ATERRO CONTROLADO TERRA BRAVA ............................................................... 151
6.2.1 – SISTEMA DE COLETA DE GASES E PERCOLADOS............................................. 152
6.2.2 – RECUPERAÇÃO DO BIOGÁS ............................................................................ 153
6.3 - PRODUÇÃO DE GASES NOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA
RELACIONADOS AO PROCESSO DE DECOMPOSIÇÃO BIOLÓGICA OU DIGESTÃO
ANAERÓBIA ............................................................................................................... 153
VII - APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES......................... 157
7.1 - GRANULOMETRIA DO SOLO DE COBERTURA DO ATERRO TERRA BRAVA .......... 157
ESTE SOLO É DE GRANULAÇÃO GROSSEIRA, POIS SEUS PERCENTUAIS DE FINOS SÃO
MENORES QUE 50%.................................................................................................... 159
7.2 – CARACTERIZAÇÃO DA CURVA DE RETENÇÃO DE UMIDADE DO ATERRO TERRA
BRAVA....................................................................................................................... 160
7.3 – RESULTADOS DOS ENSAIOS DA CAMADA DE COBERTURA DO ATERRO NOVA
IGUAÇU...................................................................................................................... 161
7.3.1 – GRANULOMETRIA DO SOLO DE COBERTURA ................................................... 161
7.3.2 – COMPACTAÇÃO DO SOLO DE COBERTURA ...................................................... 162
7.3.2.1 – ENSAIOS CBR/ ISC (ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA) .................................. 165
7.3.3 – PERMEABILIDADE DO SOLO DE COBERTURA ................................................... 165
7.5 - APLICAÇÃO DOS MODELOS SCHOOL CANYON E LIMA:......................................... 166
7.5.1 – RESULTADOS OBTIDOS COM OS MODELOS SCHOOL CANYON E LIMA .............. 168
7.6 – GRÁFICOS ......................................................................................................... 173
7.6.1 - EXPLOSIVIDADE DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA .................... 173
7.6.2 – GÁS METANO (CH4) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA ............. 174
7.6.3 – GÁS DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA
BRAVA....................................................................................................................... 175
7.6.4 – OXIGÊNIO (O2) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA ..................... 176
7.6.5 – GÁS SULFÍDRICO (H2S) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA......... 177
7.6.6 – TEMPERATURAS DOS GASES DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA . 178
7.6.7 – CROMATOGRAFIA CH4 E CO2 DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA179
7.7 - ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS RESULTADOS DA CROMATOGRAFIA DOS GASES CO2 E
CH4 DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA.................................................. 181
7.7.1 - DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DO ATERRO NOVA IGUAÇU.............................. 182
7.7.2 - METANO (CH4) DO ATERRO NOVA IGUAÇU ................................................... 183
7.7.3 – DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DO ATERRO TERRA BRAVA ............................. 184
7.7.4 – METANO (CH4) DO ATERRO TERRA BRAVA .................................................. 185
7.7.5 – ANÁLISE DOS RESULTADOS ........................................................................... 186
7.8 - DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ........................................................................... 186
7.8.1 – MODELOS SHOOL CANYON E LIMA ................................................................ 186
7.8.2 - EXPLOSIVIDADE.............................................................................................. 187
7.8.3 - METANO ......................................................................................................... 187
7.8.4 - DIÓXIDO DE CARBONO ................................................................................... 187
7.8.5 - OXIGÊNIO ....................................................................................................... 188
7.8.6 - SULFETO DE HIDROGÊNIO............................................................................... 188
7.8.7 - TEMPERATURA ............................................................................................... 189
7.9 - OBSERVAÇÕES FINAIS PARCIAIS ........................................................................ 190
VIII - CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA NOVAS PESQUISAS................. 191
8.1 – CONCLUSÃO ...................................................................................................... 191
8.2 – PROPOSTAS PARA NOVAS PESQUISAS ............................................................... 192
IX - COMENTÁRIOS FINAIS ................................................................................. 193
X – REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ................................................................... 195
ANEXO A.....................................................................................................................204
ANEXO B.....................................................................................................................213
ANEXO C.....................................................................................................................218
ANEXO D.....................................................................................................................221
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1.a – Princípio de duas fases – Barker ...................................................... 6
Figura 2.1.b – Rotas de transformação da matéria orgânica ................................... 7
Figura 2.1.c - Analogia ao trato digestivo dos ruminantes (LIMA, 2002)............ 11
Figura 2.1.d - Modelo de produção de biogás em aterros sanitários..................... 13
Fonte: Rees, 1980 in Castilhos Jr. et al., 2003....................................................... 13
Figura 2.1.e - Modelo de evolução dos gases em aterros sanitários...................... 13
Fonte: Stanforth et al., 1979 in Castilhos Jr. et al. 2003........................................ 14
Figura 2.1.f - Modelo teórico de degradação dos resíduos em aterros sanitários . 14
Figura 3.1 – Diagrama de Monitoramento ............................................................ 16
Figura 3.2 – Medidor de Gases ............................................................................. 18
Figura 3.3 – Medidor de Temperatura................................................................... 19
Figura 3.4 – Seringa Coletora................................................................................ 20
Figura 3.5 – Sistema cromatográfico para cromatografia ..................................... 21
Figura 3.6 – Cravação do Cilindro no solo............................................................ 23
Figura 3.7 – Aparelho extrator de Richards .......................................................... 25
Figura 4.1 - Composição percentual média de lixo domiciliar em alguns países. 33
Figura 4.2 – Geração anual e formas de gerenciamento de resíduos em alguns
países desenvolvidos (dados em milhões de t/ano) ................................................ 34
Figura 4.3 – Composição percentual média de lixo domiciliar............................. 35
Figura 4.4 – Destinação final do lixo no Brasil..................................................... 36
Figura 4.5 - Vazadouro ou Lixão .......................................................................... 40
Figura 4.6 – Detalhes de um aterro sanitário......................................................... 42
Figura 4.7 – Processos empregados no tratamento de resíduos sólidos ................ 42
Figura 4.8.a – Método de Trincheira..................................................................... 46
Figura 4.8.b – Método de Rampa.......................................................................... 47
Figura 4.8.c – Método de Área.............................................................................. 47
Figura 4.9 – Dreno de Gás do Aterro de Nova Iguaçu.......................................... 50
Figura 5.1.1 – Triângulo do Fogo.......................................................................... 56
Figura 5.1.2 – Exibição de Caminhos Potenciais do Gás de Aterro...................... 58
Figura 5.2.a - CARACTERIZAÇÃO PRELIMINAR DO LFG LOCAL............. 65
Figura 5.2.b – Fases de geração de gases variando com o tempo ......................... 71
Figura 5.2.c – Fases geradas na geração de gases de aterro (modificado por Kreith,
1994)....................................................................................................................... 73
Figura 5.3.a – Aterro de Adrianópolis em Nova Iguaçu (2003) ........................... 77
Figura 5.3. b - Exemplo de curvas de geração de LFG......................................... 81
Figura 5.3.c – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos rapidamente
biodegradáveis ........................................................................................................ 91
Figura 5.3.d – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos lentamente
biodegradáveis ........................................................................................................ 92
Figura 5.3.e – Produção de gás durante um período de cinco anos a partir de
materiais orgânicos rapidamente e lentamente decompostos colocados num aterro.
................................................................................................................................ 92
Fonte: Lima, 2002................................................................................................ 105
Figura 5.3.g – Distribuição de áreas no cálculo de FD ....................................... 105
Fonte: Lima, 2002................................................................................................ 105
Figura 5.3.h – Distribuição de áreas para o cálculo de MD ................................ 105
Figura 5.4.1 – Volume de Controle para o movimento vertical do gás de aterro 107
Figura 5.4.2 – Esquema do movimento de oligogases de aterro através da
cobertura do aterro................................................................................................ 114
Figura 5.5.1 – Chaminés de gás utilizadas na superfície de um aterro para o
controle passivo do gás de aterro: (a) Chaminé de gás para um aterro que não
contém um recobrimento com geomembrana, e (b) Chaminé de gás para um aterro
que contém um recobrimento com geomembrana sintética. ................................ 117
Figura 5.5.2 - Queimador típico tipo candelabro para gás de resíduos, utilizado
para queimar o gás de aterro procedente de um poço de ventilação ou de vários
poços de ventilações interconectados: (a) sem chama piloto e (b) com chama
piloto..................................................................................................................... 119
Figura 5.5.3 – Instalações passivas utilizadas para controlar o gás de aterro: (a)
base interceptora recheada com brita y com tubulação perfurada; (b) base de
barreira perimétrica, e (c) uso de recobrimento impermeável no aterro. Há que
ressaltar, que as bases interceptoras perimétricas são usadas para controlar a
migração de gás de aterro em aterros sem recobrimento...................................... 120
Figura 5.5.4 - Instalações ativas utilizadas para o controle subsuperficial da
migração do gás de aterro: (a) chaminés perimétricas para a extração do gás do
aterro e (b) vala perimétrica para a extração do gás de aterro. ............................. 124
Figura 5.5.5 - Detalhe representativo de uma chaminé para a extração do gás de
aterro. (cortesia da Junta de Califórnia para a Gestão Integral de Resíduos)....... 125
Figura 5.8.1 - Diagrama de fluxo esquemático para a recuperação de energia a
partir de combustível gasoso: (a) utilizando motor de combustão interna, e (b)
utilizando turbina a gás......................................................................................... 133
Figura 6.1 - Vista parcial do aterro sanitário em operação ................................. 140
Figura 6.2 - Mapa de Localização do Aterro Nova Iguaçu (CTR)...................... 141
Figura 6.3 - Layout da área total do aterro sanitário ........................................... 142
Figura 6.4 - Dreno das nascentes......................................................................... 144
Figura 6.5 - Detalhe do dreno principal da nascente ........................................... 145
Figura 6.6.a – Manta PEAD sobre a base preparada........................................... 146
Figura 6.6.b – Cobertura de solo sobre a manta PEAD ...................................... 146
Figura 6.7.a – 1ª Disposição de resíduos no aterro ............................................. 148
Figura 6.7.b - Disposição de resíduos no aterro.................................................. 148
Figura 6.8 - Dreno vertical nº. 1 de biogás.......................................................... 149
Figura 6.9 - Representação esquemática da interação interespécies nos bioreatores
anaeróbios (Adaptação de Barbosa,1988, Vazoller, 1993 e Saw et al., 1988) ..... 155
Figura 7.1 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 1 ...................... 157
Figura 7.2 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 2 ...................... 157
Figura 7.3 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 3 ...................... 158
Figura 7.4 – Sucção versus Umidade Retida....................................................... 160
Figura 7.5 – Compactação do solo da cota 47.00................................................ 162
Figura 7.6 – Compactação do solo da cota 48.00................................................ 163
Figura 7.7 – Compactação do solo da cota 49.40................................................ 163
Figura 7.8 – Compactação do solo da cota 55.00................................................ 164
Figura 7.9 – Produção Anual de Gás do Aterro Terra Brava .............................. 170
Figura 7.10 – Produção Anual de Gás do Aterro Nova Iguaçu........................... 170
Figura 7.11 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Terra Brava
.............................................................................................................................. 171
Figura 7.12 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Nova Iguaçu
.............................................................................................................................. 172
Figura 7.13 – Limite inferior de explosividade do Aterro Nova Iguaçu ............. 173
Figura 7.14 – Limite inferior de explosividade do Aterro Terra Brava .............. 173
Figura 7.15 – Gás metano do Aterro Nova Iguaçu.............................................. 174
Figura 7.16 – Gás metano do Aterro Terra Brava ............................................... 174
Figura 7.17 – Gás dióxido de carbono do Aterro Nova Iguaçu .......................... 175
Figura 7.18 – Gás dióxido de carbono do Aterro Terra Brava............................ 175
Figura 7.19 – Oxigênio do Aterro Nova Iguaçu.................................................. 176
Figura 7.20 – Oxigênio do Aterro Terra Brava ................................................... 176
Figura 7.21 – Gás sulfídrico do Aterro Nova Iguaçu .......................................... 177
Figura 7.22 – Gás sulfídrico do Aterro Terra Brava ........................................... 177
Figura 7.23 – Temperaturas dos gases do Aterro Nova Iguaçu .......................... 178
Figura 7.24 – Temperaturas dos gases do Aterro Terra Brava............................ 178
Figura 7.25 – Metano do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria ............................ 179
Figura 7.26 – Metano do Aterro Terra Brava e Pluviometria ............................. 179
Figura 7.27 – Dióxido de Carbono do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria ....... 180
Figura 7.28 – Dióxido de Carbono do Aterro Terra Brava e Pluviometria......... 180
Figura 7.29 – Efeitos causados a saúde humana pelo H2S .................................. 189
LISTA DE QUADROS E TABELAS
Tabela 2.0 – Fases da degradação biológica dos resíduos sólidos em aterros................ 15
Tabela 3.1-Calibração dos Sensores............................................................................... 17
Tabela 3.2-Gases e alarmes ............................................................................................ 18
Quadro 4.1 – Classificação dos resíduos sólidos quanto à periculosidade..................... 28
Quadro 4.2 - Informações necessárias ao planejamento do gerenciamento do lixo....... 31
Quadro 4.3 - Estimativa da Quantidade de Lixo Gerada................................................ 32
Tabela 4.1 – Variação na composição dos resíduos sólidos em São Paulo....................... i
Quadro 4.4 – Tempo de decomposição dos resíduos sólidos na natureza...................... 37
Quadro 4.5 – Vantagens do processo aeróbio sobre o anaeróbio................................... 43
Tabela 4.2 – Produção de gás em aterro versus compactação........................................ 48
Tabela 5.1.1 – Constituintes típicos encontrados no gás de aterro de RSU* ................. 52
Tabela 5.1.2 – Composição do biogás............................................................................ 53
Tabela 5.1.3 – Peso molecular, densidade e peso específico dos gases encontrados no
aterro controlado em condições padrão (0 ºC, 1 atm) .................................................... 53
Tabela 5.1.4 .................................................................................................................... 54
Concentrações típicas de compostos em quantidades traço encontrados no gás de aterro
em 66 aterros de RSU em Califórnia.............................................................................. 54
Tabela 5.1.5 – Comparação entre os principais gases .................................................... 55
Tabela 5.1.6 - Temperatura mínima de Auto-Ignição .................................................... 57
Tabela 5.1.7 – Potencial de perigo de explosão de componentes comuns do gás de aterro
........................................................................................................................................ 61
Tabela 5.3.1 - Precipitação anual e Valores de K........................................................... 81
Tabela 5.3.2 – Valores de L0 sugeridos para o Conteúdo Lixo Orgânico ...................... 83
Tabela 5.3.3 – Constituintes orgânicos rapidamente e lentamente biodegradáveis nos
resíduos........................................................................................................................... 89
Tabela 5.3.4 - Biodegradabilidade dos constituintes orgânicos nos resíduos ................ 89
Tabelas 5.3.5 – Componentes dos resíduos orgânicos decompostos e seus elementos
químicos ......................................................................................................................... 90
Tabela 5.3.6 – Relação molar dos componentes ............................................................ 90
Tabela 5.3.7 – Sistema de classificação de aterros adaptado no Estado da Califórnia
(1984) ............................................................................................................................. 93
Tabela 5.3.8 – Locais de disposição de resíduo e Fator de Correção de Metano........... 94
Tabela 5.3.9 – Componente dos resíduos e seu COD .................................................... 95
Tabela 5.3.10 – Tipos de modelos e suas equações........................................................ 96
Tabela 5.3.11 – Parâmetros estimados para os modelos de geração de biogás em aterros
propostos por Oonk & Boom (1995).............................................................................. 98
Tabela 5.3.12 – Categoria de resíduos de acordo com o modelo ADEME.................. 101
Tabela 5.3.13 - Grau de biodegradabilidade e componentes do lixo ........................... 103
Tabela 5.3.14 – Tipo de lixo e composição.................................................................. 103
Tabela 5.3.15 – Componentes e tempo de bioestabilização ......................................... 103
Tabela 5.4.1.a – Coeficiente de Difusão dos Oligocompostos..................................... 115
Tabela 5.4.1.b – Medidas e saturações das concentrações de 10 compostos traçadas em
fase gás ......................................................................................................................... 115
Tabela 5.4.1.c – Concentração de Vapor dos Oligocompostos .................................... 116
Tabela 5.5.1 – Materiais seladores de aterro para o controle do movimento de gás.... 121
e lixiviado ..................................................................................................................... 121
Tabelas 5.6 – Estimativas de emissões totais de metano de resíduos sólidos domiciliares
...................................................................................................................................... 127
Tabela 5.7 – Estimativas de oxidação de metano em aterros sanitários feitos com
análises de metano 13C.................................................................................................. 130
Tabela 5.8.1 .................................................................................................................. 132
Elementos de projeto importantes para os queimadores de gás de aterro selados a nível
de solo........................................................................................................................... 132
Tabela 5.9.1 - Comparação de Custos por Tecnologias típicas de Recuperação de
Energia de LFG (Dólares de 1992) .............................................................................. 136
Tabela 5.9.2 - Condições Necessárias Para Custos Competitivos Em Utilização de
Projetos de LFG............................................................................................................ 137
Tabela 6.1 - Resíduos Depositados na CTR - Nova Iguaçu (toneladas) ...................... 143
Tabela 6.3 – Estágios de Decomposição Biológica e Gases Produzidos ..................... 153
Tabela 7.1 – Percentual de material do solo de cobertura ............................................ 158
Tabela 7.2 – Percentual de finos passando pela malha 200.......................................... 159
Tabela 7.3 – Constituição do solo por cota de aterro ................................................... 161
Tabela 7.4 – Material passando na peneira 200............................................................ 161
Tabela 7.5 – Índices de Consistência do Solo .............................................................. 162
Tabela 7.6 – Umidade ótima e Peso específico ............................................................ 164
Tabela 7.7 – Índice Suporte Califórnia......................................................................... 165
Tabela 7.8 – Permeabilidade do solo............................................................................ 165
Tabela 7.9 – Parâmetros de entrada dos modelos......................................................... 166
Tabela 7.10 – Composição Gravimétrica ..................................................................... 167
Tabela 7.11 – Composição Gravimétrica Média .......................................................... 167
Tabela 7.12 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro Terra Brava ....... 168
Tabela 7.13 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro ........................... 169
Nova Iguaçu.................................................................................................................. 169
Tabela 7.14 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Terra Brava .................... 171
Tabela 7.15 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Nova Iguaçu................... 172
Tabela 7.16 – Classificação do índice de correlação.................................................... 181
I – INTRODUÇÃO
A cada dia o aumento das emissões de gases provenientes de fontes
antropogênicas tem sido uma das causas do aumento do efeito estufa. Uma das fontes
emissoras de gases são os aterros e lixões que contribuem para a poluição atmosférica e
o agravo do efeito estufa.
Após a disposição dos resíduos num aterro, inicia-se a decomposição biológica
dos resíduos. A decomposição inicia-se de modo aeróbio, e após o consumo do oxigênio
presente, esta decomposição continua a ocorrer num ambiente anaeróbio, que passará a
liberar gases e líquidos poluentes para o meio.
Os gases gerados pela decomposição biológica são o metano, dióxido de carbono,
sulfeto de hidrogênio e outros compostos-traço. O metano é um gás de efeito estufa com
um potencial de aquecimento global (Global Warming Potencial - GWP) 21 vezes
maior que o dióxido de carbono, como também responsável por 25% do aquecimento
terrestre.
O metano, por ser um dos constituintes do biogás e aparecer em maior quantidade,
sua contribuição para o aumento do efeito estufa traz conseqüências para mudanças
climáticas, além disso, este gás também traz perigo de incêndios e explosões quando
encontrado nos seus limites de explosividade.
A qualidade e a quantidade do gás de aterro podem variar de acordo com a
quantidade e a composição dos resíduos, tipos de resíduos, com a decomposição
biológica, condições ambientais e operação de aterros.
Pela cobertura dos aterros também ocorre a emissão de gases provenientes da
degradação biológica dos resíduos. As quantidades emitidas de LFG (Landfill Gás) que
passam pela cobertura precisam ser conhecidas para poder controlá-las. É possível
estimar a quantidade de gás através de modelos matemáticos que dão, de certa forma, a
quantidade de gás estimada que possa ser emitida para a atmosfera.
No Brasil estudos sobre gases em aterros vem se tornando a cada dia mais
freqüentes, devido ao gás ter seu valor energético como sendo uma alternativa em gerar
energia elétrica, pois sua recuperação trará enorme benefício ao setor elétrico, como
também ajudará a reduzir as emissões de metano para a atmosfera contribuindo com o
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL). A alternativa de aproveitamento
energético do gás e a redução de emissões, associadas à venda de créditos carbono
estariam atingindo as metas estabelecidas pelo Protocolo de Quioto.
A presente pesquisa faz parte de um programa que busca contribuir no estudo da
geração de gases em aterros de resíduos sólidos. A linha de pesquisa da qual faz parte a
presente dissertação vem sendo desenvolvida pelo G3, Grupo de Estudo de Tecnologia
de Resíduos, coordenado pelo Professor Cláudio Fernando Mahler.
No segundo capítulo o histórico dos gases é apresentado.
No terceiro capítulo a metodologia e materiais são apresentados.
No quarto capítulo é feita uma revisão bibliográfica da questão dos resíduos
sólidos.
Uma extensa revisão sobre a questão de gases em aterros de resíduos sólidos é
apresentada no capítulo quinto.
No capítulo seis os casos estudados são descritos e no capítulo sete são
apresentados os resultados dos ensaios com solos e das medidas de campo e laboratório
com gases, como também as discussões dos resultados que são apresentadas.
O capítulo oito trata das conclusões das pesquisas desenvolvidas no presente
trabalho.
1.1 – Objetivo deste Trabalho
O objetivo se divide em dois aspectos:
Geral: Estudar a produção de gás em aterros de resíduos sólidos, em especial
quanto aos aspectos de qualidade, explosividade e recuperação energética do gás.
Específico: Analisar aspectos relativos aos gases produzidos em aterros sanitários
e controlados, considerando ainda o papel geotécnico da cobertura no controle das
emissões gasosas.
1.2 – As Hipóteses deste Trabalho
As hipóteses estabelecidas são:
1.2.1. As emissões de metano e CO2 em aterros de resíduos sólidos urbanos
apresentam durante a fase construtiva resultados acentuadamente diferenciados.
1.2.2. Coberturas mais permeáveis induzem a uma maior oxigenação do aterro e
uma degradação mais acelerada, conduzindo, contudo quando das ocorrências de chuvas
a uma maior presença de metano dos gases emitidos.
II – HISTÓRICO DOS GASES
2.1-Histórico dos Gases Relacionado à Degradação Biológica dos Resíduos Sólidos
A produção do hidrocarboneto saturado mais simples, o metano, cuja fórmula
molecular é CH4, é também um fenômeno presente na natureza ao longo dos tempos. O
denominado “gás dos pântanos” foi descoberto por Shirley em 1667 e o reconhecimento
do metano como um de seus componentes foi definido pelo físico Alessandro Volta, em
1776 (PINHEIRO, 2002 modificado).
O cientista PASTEUR, L. (1856), pode demonstrar a utilização dos
microorganismos em benefício da humanidade, de forma que fosse aplicado no
tratamento de doenças e na produção de alimentos e bens de consumo. O próprio
Pasteur não pode prever que com esta descoberta poderia ser utilizada em outras áreas,
podendo solucionar problemas quanto à questão do tratamento e destinação final dos
resíduos sólidos urbanos e no emprego de remediação de lixões e vazadouros.
Posteriormente, Ulysse Gayon (1883), aluno de Louis Pasteur, realizou a primeira
fermentação anaeróbia conseguindo produzir 100 ℓ/m3 de gás a partir de uma mistura de
esterco e água, a 35ºC. Em 1884, Louis Pasteur, ao apresentar à Academia das Ciências
os trabalhos do seu aluno, considerou que esta fermentação podia constituir uma fonte
de aquecimento e iluminação.
Uma das primeiras unidades de produção semi–industriais data de 1895, no Reino
Unido, onde foi construído um digestor de lodos obtidos por decantação de esgotos
domésticos da cidade de Exeter. O gás produzido era usado para a iluminação das ruas
da cidade.
Não obstante, a despeito dos estudos realizados por Pasteur, um sumário
relacionado à retrospectiva conceitual, revela que a história da degradação biológica
coincide com a história da biotecnologia, onde esta teve início no Egito há 6.000 anos
atrás, onde os alimentos e bebidas produzidas eram fermentados por meio de
microorganismos.
Apesar da grande contribuição dos antepassados e de Pasteur, no século XX
tiveram grandes contribuições e avanços para o estado da arte, onde participaram vários
pesquisadores, não tão conhecidos, ligados as várias universidades e centros de
pesquisas em todo o mundo, citando como exemplo, MITSCHERLICH (1939), que
formulou um postulado de grande importância tecnológica quando aplicado aos
microorganismos: “Nenhum organismo e nenhuma população cresce indefinidamente.
Existem limitações estabelecidas pela disponibilidade de alimentos, abrigo, falta de
espaço, por condições físicas intoleráveis ou por algum mecanismo de controle”.
Segundo Mitscherlich, o que se pode perceber é que os microorganismos atuam
em grupo seguindo o mesmo comportamento de outros seres vivos e que podem ser
plenamente controláveis por mecanismos artificiais, constituindo-se, este postulado, na
base da biotecnologia aplicada.
O pesquisador MONOD, J. (1942), deu sua contribuição para biotecnologia,
formulando um importante postulado: “A taxa de crescimento microbiano depende de
substrato”, sendo este postulado a relação existente do desenvolvimento da espécie
microbiana, possibilitando com isso dosar a quantidade de material orgânico a ser
transformado em função da concentração microbiana, ou vice versa, dosar a quantidade
de microorganismos decompositores em função da concentração de substrato.
2.1.1 - Princípio de BARKER
Em 1951, KAPLOVSKY formulou o princípio da divisibilidade da decomposição
biológica anaeróbia dos resíduos sólidos, contribuindo para o favorecimento a
aplicabilidade dos microorganismos em escala industrial.
Nos estudos de IMHOFF, inventor da fossa séptica, que também observou o
processo de decomposição ocorrida em dois tempos, Kaplovsky pode basear suas
conclusões através destes estudos. Pela ordem cronológica, pode-se afirmar que essa
observação foi precursora do princípio de duas fases. A compreensão deste princípio se
deve na realidade a BARKER (1956) que o deduziu quando estudava a fermentação
bacteriana.
Segundo Barker, o processo de decomposição pode ser apresentado desta forma:
Bactérias formadoras de
ácidos
RESÍDUOS
ORGÂNICOS
COMPLEXOS
ÁCIDOS
ORGÂNICOS
CH4 (metano) +
CO2 (Dióxido de
Carbono)
Bactérias formadoras de
metano
Figura 2.1.a – Princípio de duas fases – Barker
Como pode se observar, o diagrama acima, mostra inicialmente a matéria orgânica
do lixo consumida por microorganismos formadores de ácidos. Como resultado desta
primeira fase, são gerados ácidos graxos, açucares e outros compostos orgânicos de
baixo peso molecular. Em seguida surge uma outra fase, onde os ácidos são consumidos
por microorganismos formadores de metano e dióxido de carbono como um dos
produtos finais.
2.1.2 - Os Postulados de ELIASSEN
Na década de 40 a 50, surgiram dois fatos que levaram a uma investigação e o
desenvolvimento do processo de decomposição dos resíduos sólidos, que acabou
trazendo certa preocupação com a migração de gases dos lixões e a verificação de
recalques surgida nos maciços de resíduos quando se pretendia construir sobre estes.
Um trabalho muito importante nesse sentido foi publicado por ELIASSEN, R., em
1942, conhecido como os postulados de Eliassen, que estudou diversos lixões de Nova
York chegando aos seguintes postulados:
Primeiro Postulado: “Os resíduos orgânicos dispostos em aterros e lixões
são decompostos por processos biológicos que ocorrem de forma natural
dada a presença de microorganismos no lixo”;
Segundo Postulado: “A decomposição em aterros e lixões é um processo
essencialmente anaeróbio”;
Terceiro Postulado: “A metanogênese ocorre em condições sub-ótimas”;
Quarto Postulado: “A temperatura, o teor de umidade e o pH, são fatores
que influenciam no processo de decomposição biológica”;
Quinto Postulado: “Os recalques resultam dos vazios deixados pela
transformação da matéria orgânica em gases e líquidos”.
Embora, nos dias atuais, os postulados de Eliassen pareçam bastante óbvios,
levando-se em conta a época em que foram formulados, constituem-se verdadeiras
provas provenientes da capacidade investigativa desse pesquisador que muito pode
contribuir para o estado da arte.
2.1.3 - A Rota de McCARTY
Na década de 60 surgiu o trabalho de McCARTY, P.L. (1964), onde tornou bem
claro o princípio de duas fases quando apresentou um interressante esquema onde
algumas rotas de transformação foram simuladas, como é ilustrado na figura abaixo:
MATÉRIA
ORGÂNICA
15%
65%
ÁCIDO
PROPIÔNICO
15%
OUTROS
ÁCIDOS
Fase Ácida
20%
ÁCIDO
ACÉTICO
35%
17%
72%
Fase Metânica
CH4
(Metano)
13%
15%
Figura 2.1.b – Rotas de transformação da matéria orgânica
(McCarty, P.L.)
Seguindo
as
observações
feitas
por
McCarty,
outros
autores
como,
IMSHENETSKY (1968), KOTZE , et al. (1968), TEORIEN e HATTING (1969),
puderam confirmar a tese sobre a divisibilidade do processo de decomposição
anaeróbia.
Segundo o princípio de duas fases, no processo de decomposição anaeróbia ocorre
primeiramente a fase ácida, onde as reações de hidrólise dão início a redução da matéria
orgânica complexa a compostos solúveis menores através de enzimas extra celulares. Os
produtos da hidrólise são os ácidos graxos, açucares simples, aminoácidos e outros
compostos
orgânicos
de
peso
molecular
menor.
Durante
a
hidrólise,
os
microorganismos que atuam nessa fase conseguem despender muito mais energia do
que consegue ganhar. Apesar disto, existe um aumento disponível de energia no meio,
que está relacionado às alterações sofridas pela matéria orgânica, sendo fonte de energia
a ser utilizada nas reações que se seguem. Atividades adicionais, neste estágio, tendem
complementar as modificações da matéria orgânica que estão envolvidas com a captura
de energia, a formação de ácidos orgânicos, a produção de amônia (NH3), água e de
gases como o hidrogênio. A fase ácida vem acompanhada da atividade microbiana
específica com capacidade de transformar os ácidos em gases como metano (CH4) e
dióxido de carbono (CO2). Esta segunda fase é então denominada como metanogênica,
onde participam bactérias, fungos e actinomicetes que são microrganismos encontrados
no solo, no rúmen bovino e no trato digestivo humano, são também trazidos pelo lixo
através do sistema de coleta, pelas atividades de aterramento e/ou por estratégias de
biorremediação, ou seja, o uso de microorganismos para acelerar o processo de
decomposição e de tratamento dos resíduos. Esses microorganismos obtêm energia a
partir de duas reações principais: redução do dióxido de carbono (CO2) pela adição de
hidrogênio (H2) para formar metano (CH4) e água (H2O), e a partir da quebra do ácido
acético (CH3COOH) formando metano e dióxido de carbono. Segundo ALEXANDER
(1971), outros gases são também formados neste estágio, como o nitrogênio (N2) e o
sulfeto de hidrogênio ou gás sulfídrico (H2S). O nitrogênio é produzido a partir do
processo microbiano de denitrificação, no qual o íon nitrato é reduzido ao mesmo tempo
em que atua como aceptor de elétrons. Informações posteriores deste mesmo autor
mostram que a denitrificação ocorre imediatamente após a depleção do oxigênio, ou
seja, alguns dias depois de ter aterrado os resíduos no aterro. O sulfeto de hidrogênio é
produzido por microrganismos redutores de sulfato com íon sulfeto agindo como
aceptor de elétrons. Segundo o autor esta reação ocorre em pH neutro ou ligeiramente
alcalino. Também durante este estágio outros gases são produzidos, CH3 CH3 CH3 CH2
CH3 e PH3, em quantidades bastante pequenas, porém com certa significância para o
aproveitamento pelos microrganismos, como STADTMAN (1967) pode demonstrar.
Em resumo, durante a decomposição anaeróbia, segundo o princípio de duas fases,
gases como CO2, H2, CH4, N2, H2S, são produzidos por dois grupos distintos de
microrganismos, o primeiro, formador de ácidos e o segundo, formador de metano.
Estudos realizados por BEARD e McCARTY (1983) em escala de laboratório, na
Universidade de Stanford, USA, onde os efeitos de adição de água, inoculo bacteriano e
solução tampão foram testados no tratamento de resíduos. Os resultados destas
pesquisas são bastante relevantes, quer pelos avanços obtidos na época, quer pelas
técnicas empregadas, por exemplo, o ensaio de toxidade de anaerobiose (ETA) e o
ensaio potencial bioquímico do metano (PBM). Assim sendo, os seguintes resultados
podem então ser resumidos:
Realização de um tratamento acelerado de chorume originário de aterro
sanitário utilizando um reator biológico operado a uma temperatura de 35ºC;
O chorume proveniente do Aterro Sanitário de Mountain View, não é tóxico
ou inibitório ao tratamento anaeróbio;
Pequeno ou nenhum período de aclimatação foi preciso ou necessário, nem
adição de produtos químicos foi necessária para o tratamento do chorume no
reator biológico;
O teor de metano na composição do gás produzido foi de 70%;
Neutralização ou tamponamento do chorume não foi necessário quando a
técnica de reciclagem ou lixiviação foi utilizada;
Uma carga orgânica de 15 kg de DQO por metro cúbico de volume do reator
por dia foi considerada ótima;
Tempo de residência hidráulico tão curto, como um dia, mostrou se hábil
para promover um eficiente tratamento do chorume;
A produção de metano e a eficiência de remoção da DQO dependem da
carga orgânica presente no chorume.
Uma análise mais aprofundada dos estudos de Beard e McCarty revelou que o
chorume proveniente de aterro sanitário, quando tratado em reatores anaeróbios adquire
propriedades que favorecem seu tratamento final. Além de tornar fácil o seu tratamento,
o chorume resultante do processo anaeróbio pode servir como inóculo metanogênico
fazendo acelerar o processo de decomposição da fração sólida, ou passivo ambiental
mantido na célula. Essa característica do chorume de ser usado como um inoculante
biológico, futuramente poderá ser aplicado no desenvolvimento de sistemas de
tratamento de resíduos sólidos, como também em minimizar impactos ambientais
causados por algum lixão.
2.1.4 - A Analogia de LIMA
Experimentos realizados por LIMA, L.M.Q (1983) na área de biorremediação de
aterros de resíduos sólidos de origem domiciliar e industrial, em escalas de laboratório e
real, na Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, SP, cuja questão focada é a
aceleração da fase metanogênica.
Nos estudos de laboratório foram utilizados os seguintes materiais: seis lisímetros
de plástico e lã de vidro. Os lisímetros eram preenchidos com resíduos (lixo), isolados
com lã de vidro e providos de um sistema de alimentação e coleta de sólidos, líquidos e
gases.
Os seis lisímetros utilizados no experimento, somente um serviu de testemunho
enquanto os outros cinco foram inoculados com diferentes substratos: lodo de esgoto
digerido; chorume tratado em reator anaeróbio; chorume cru com alta DQO (80.000
mg/l); chorume cru com baixa DQO (1.000 mg/l); esterco de gado digerido em reator
anaeróbio. Os resultados obtidos levaram o autor a concluir que a reciclagem de
chorume tratado em reator anaeróbio apresentou bons resultados em termos de
aceleração do processo de decomposição. Os resultados também apontaram que os
estercos cru e digerido servem de inóculo biológico, possibilitando assim a aceleração
da fase metanogênica. Quanto ao chorume cru em excesso, estudos revelaram que
ocorreram inibições na fase ácida e na fase metanogênica.
Os estudos em escala real foram realizados no Aterro Sanitário de Campinas, SP,
em que utilizou duas células, cada uma contendo 100.000 t de resíduos. As células
foram preenchidas aplicando-se a técnica de aterramento de resíduos. Uma das células
foi conectada a um reator biológico e provida de um sistema de recirculação ou
reciclagem de chorume, lixiviação microbiana. A outra célula, a testemunha, foi
operada de modo tradicional, sem adição de inóculo, ou seja, sem lixiviação microbiana.
Os resultados desse experimento puderam demonstrar que a reciclagem ou
recirculação de chorume tratado em reatores biológicos anaeróbios, lixiviação
microbiana, permite acelerar o processo de decomposição biológica dos resíduos na
razão de 10 vezes, se for comparado com o processo sem lixiviação microbiana. Além
do mais, o autor pode observar que realmente existia uma forte interação entre a célula
de aterramento e o próprio reator biológico, sendo possível a tratabilidade da massa de
sólidos, líquidos e gases in situ, ou seja, no próprio local fazendo uso dos potenciais do
meio anaeróbio em decomposição, surgindo desta forma o que se denomina de Aterro
Sanitário Celular, ou Sistema de biorremediação de passivo ambiental in situ.
O processo desenvolvido e aperfeiçoado por Lima pode ser incluído no rol dos
processos da visão inovativa, tal qual como definido pela EPA (Environmental
Protection Agency), tratando-se de um processo natural, associada a processos físicoquímico, similar ao que ocorre no trato digestivo dos ruminantes.
CÉLULA DE
ATERRAMENTO
LIXIVIADO
LIXIVIAÇÃO
BACTERIANA
FQ1
RÚMEN
CHORUME
FQ2
BIO
OMASSO ABOMASSO RETÍCULO
Figura 2.1.c - Analogia ao trato digestivo dos ruminantes (LIMA, 2002)
Segundo LIMA, L.M.Q (1988) a célula de aterro assume o comportamento de um
biodigestor ou reator biológico, podendo ser definido, guardando as particularidades,
como um reator heterogêneo não convencional, onde a matéria orgânica presente no
lixo, quando aterrada, se dá início a um processo de digestão similar ao que ocorre no
trato digestivo dos ruminantes. A Figura 4.1.c mostra com mais detalhe esta
similaridade. No trato digestivo dos ruminantes, em particular de bovinos, a fração
orgânica é processada diretamente no rúmen (célula de aterramento de lixo), onde
recebe a cargas microbianas sucessivas (inoculação) oriundas do retículo (reator
biológico). O processo é auxiliado pelo abomasso (Reator físico-químico 1) e o omasso
(Reator físico-químico 2) os quais servem para equalizar as características do efluente
líquido, principalmente o pH (potencial hidrogeniônico) e o Eh (potencial de oxiredução) possibilitando o desenvolvimento da atividade microbiana anaeróbia
acetogênica e metanogênica. Ainda nesse processo, a ruminação é substituída pela
lixiviação microbiana ou reciclagem de chorume enriquecido, suprindo o processo de
digestão de células microbianas ativas, nutrientes, sais minerais e fontes carbono,
nitrogênio e outros elementos essenciais.
2.1.5 – Evolução dos Modelos de Produção de Gás provenientes da decomposição
dos Resíduos Sólidos:
A degradação dos resíduos sólidos urbanos em aterro sanitário é um processo
demorado, por está relacionado à velocidade de degradação dos diferentes tipos de
resíduos (substratos) e, seqüencial, em razão dos metabolismos distintos que se sucedem
ou se superpõem. Alguns modelos globais de degradação foram desenvolvidos na
perspectiva de demonstrar as diferentes etapas que conduzem à estabilização dos
resíduos. Um primeiro modelo foi proposto por Farquhar e Rovers (1973), identificando
quatro fases para a produção de biogás.
Fonte: Faquhar e Rovers, 1980 in Castilhos Jr. et al., 2003
Figura 2.1.d - Modelo de produção de biogás em aterros sanitários
Uma quinta fase foi adicionada ao modelo proposto por Rees (1980) ao modelo de
Farquhar e Rovers. Neste modelo, além dos gases, são ilustradas curvas teóricas de
degradação da celulose e dos ácidos graxos voláteis, como mostra a Figura 4.1.e.
Fonte: Rees, 1980 in Castilhos Jr. et al., 2003
Figura 2.1.e - Modelo de evolução dos gases em aterros sanitários
Assim, do mesmo modo, em um modelo proposto por Stanforth et al. (1979), a
degradação dos resíduos em aterro sanitário ocorreria segundo três fases: a primeira fase
aeróbia e a segunda fase anaeróbia, sendo que a segunda se dividiria em duas etapas,
conforme a Figura 4.1.f abaixo.
Fonte: Stanforth et al., 1979 in Castilhos Jr. et al. 2003
Figura 2.1.f - Modelo teórico de degradação dos resíduos em aterros sanitários
Finalmente, Pohland e Harper (1985) propuseram cinco fases para avaliar a
estabilização dos resíduos em aterro, em função do tempo. Estas fases são
manifestações da evolução dos resíduos, cuja variação da qualidade e quantidade dos
lixiviados e gases produzidos são os parâmetros indicativos. As diferentes fases são
descritas a seguir na tabela:
Tabela 2.0 – Fases da degradação biológica dos resíduos sólidos em aterros
1ª FASE
(FASE INICIAL)
2ª FASE
(FASE DE
TRANSIÇÃO)
3ª FASE
(FORMAÇÃO ÁCIDA)
4ª FASE
(FERMENTAÇÃO
METANOGÊNICA)
5ª FASE
(MATURAÇÃO
FINAL)
Aterramento dos
resíduos nas células e
início do acúmulo de
umidade;
Capacidade de
retenção em água dos
resíduos é ultrapassada
e inicia-se a formação
lixiviados;
Os ácidos graxos
voláteis (AVGs) se
tornam preponderantes
nos lixiviados;
Produtos
intermediários que
apareceram na fase
ácida são
transformados em
metano e dióxido de
carbono em excesso;
Estabilização dos
componentes orgânicos
disponíveis os resíduos
e solubilizados nos
lixiviados;
Compactação inicial
dos resíduos e
fechamento das células
do aterro;
Passagem de condições
aeróbias para
anaeróbias. O aceptor
de elétron passa do O2
para os nitratos e
sulfatos;
Diminuição do pH se
produz com
mobilização e possível
complexação de
espécies metálicas;
Crescimento do pH a
valores mais elevado,
controlado pela
capacidade tampão do
sistema;
Concentrações em
nutrientes inicialmente
elevadas se tornam
limitantes;
Concentrações de
metabólitos
intermediários (AGVs)
surgem nos lixiviados;
Consumo de N2 e
fósforo (P) para o
crescimento dos
microrganismos;
-Potencial de óxido –
redução se encontra em
valores baixos e
consumo importante de
nutrientes;
Produção de gases
entra em queda
acentuada e, em
seguida, cessa;
Tendências
perceptíveis de
instalação de condições
redutoras no meio.
Detecção do H2 e
influência na natureza
dos produtos
intermediários
formados.
Fenômenos de
complexação e
precipitação de metais
continuam a ocorrer;
O2 e espécies oxidadas
reaparecem lentamente
e um aumento do
potencial redox é
observado;
Carga orgânica dos
lixiviados decresce e a
produção de gases
aumenta
proporcionalmente.
Matérias orgânicas
resistentes a
biodegradação são
convertidas em
moléculas como ácidos
húmicos.
Detecção das primeiras
mudanças dos
diferentes parâmetros
de degradação dos
resíduos.
Fonte: Pohland e Harper, 1985.
III – METODOLOGIA E MATERIAIS
3.2 – Metodologia e Materiais
A metodologia empregada para o monitoramento de gases se divide em duas
etapas:
- A 1ª Etapa - Estudo de Campo;
- A 2ª Etapa - Estudo de Laboratório.
Um diagrama em bloco foi elaborado para mostrar como foi procedido o
monitoramento, como é mostrado na Figura 3.1.
Monitoramento dos Gases
Laboratório
Campo
Medições
Amostragem
Equipamentos Eletrônicos
(Medidor de gás e
Termômetro digital)
Análise
cromatográfica dos gases
Coleta de Gases
(c/ seringas coletoras)
Figura 3.1 – Diagrama de Monitoramento
3.2.1 - Estudo de Campo
O estudo de campo foi realizado com dois tipos de equipamentos e mais um
coletor de gás, tendo cada um apresentado características diferentes.
1 - Equipamentos utilizados em campo
Foram utilizados os seguintes equipamentos para a realização deste trabalho:
- Medidor de gás Mini Warm;
- Termômetro digital;
- Seringa coletora de gás e acessório.
2 - Características dos equipamentos
a) Medidor MiniWarm da Dräger:
O equipamento utiliza sensores de detecção da presença de gás, e cada sensor deve
ser calibrado segundo a Tabela 3.1.
Os sensores utilizados pelo medidor de gás são:
• CH4, (metano) conhecido como catalítico;
• CO2 (gás carbônico);
• H2S (gás sulfídrico);
• O2 (oxigênio).
Tabela 3.1-Calibração dos Sensores
Manutenção Preventiva
Sensores
Periódica
De 6 em 6 meses
CH4 (Metano)
De 3 em 3 meses
CO2 (Dióxido de Carbono)
Anual
H2S (Sulfeto de Hidrogênio)
Anual
O2 (Oxigênio)
Fonte: Informação técnica da Dräger
O equipamento também mede a explosividade em porcentagem de LEL (Lower
Explosive Limit).
Cada sensor tem que ser calibrado de tempos em tempos, de forma a garantir a
confiabilidade das medições (Tabela 3.1).
A calibração destes sensores é feita conforme o procedimento a seguir descrito:
- O botão maior é pressionado aparecendo na tela o “MENU”, então é selecionada a
opção
“MAINTENCE”,
inserindo
a
senha
“0001”,
e
selecionando
depois
“FORWARD”, confirmando com o botão maior.
- No sub-menu que aparece na tela do equipamento seleciona a opção “Fresch Air Cal”
confirmando-a. Aguarda-se a mensagem de “OK”, selecionando e confirmando a opção
“FORWARD”. Depois é selecionada a opção “SPAN CALIBRATION” confirmando
em seguida. É selecionado o gás/sensor a ser calibrado, como por exemplo, o CH4,
iniciando assim o processo.
- A 1ª opção “CAL HEAT” é selecionada, informando a concentração do gás a ser
fornecida (95% Vol. para o CH4), passando o gás com fluxo constante de 0,5 LPM
selecionando então, “FORWARD”, por três vezes e pronto (acompanhando as
mensagens exibidas), com isto este sensor é considerado calibrado.
- O mesmo processo de calibração é realizado para os demais sensores e ao final do
processo retorna-se com a opção “BACK” até a tela de medição.
A Figura 3.2 mostra as dimensões do equipamento MiniWarm da Dräger.
80 mm
143 mm
63 mm
Figura 3.2 – Medidor de Gases
Os alarmes do equipamento estão associados a cada sensor, onde estes soam de
acordo com o nível de gás detectado pelo equipamento conforme (Tabela 3.2).
Gases
Tabela 3.2-Gases e alarmes
Alarme 1
Alarme 2
Range
10% LEL
20% LEL
100% LEL
0.440% Vol.
0.800% Vol
4.400% Vol.
H2S
10 ppm
20 ppm
100 ppm
O2
19.00% Vol.
23.00% Vol.
25.00% Vol.
CO2
0.500% Vol.
1.000% Vol.
5.000% Vol
CH4
Fonte: Painel de inicialização do equipamento
b) Medidor de Temperatura:
Para medição da temperatura dos gases nos drenos dos aterros Nova Iguaçu e
Terra Brava foi utilizado um equipamento da marca GUterm 200, tipo Pt-100, cujo
fabricante é Gulton do Brasil Ltda.
Os valores das temperaturas são dados na escala Celsius (ºC).
Figura 3.3 – Medidor de Temperatura
O equipamento possui as seguintes medidas:
Comprimento = 132 mm; Largura = 73 mm e Altura = 28 mm.
A faixa de medida do equipamento vai de -199,9 a +199,9 °C
c) Seringa plástica e acessório:
A seringa de coleta de gás é uma seringa graduada com volume de 60 ml e válvula
de registro em Tê acoplada ao seu bico. A Figura 3.4 mostra a seringa utilizada para
coleta.
Válvula
Êmbolo
Haste
succionadora
Reservatório de
coleta
Figura 3.4 – Seringa Coletora
O acessório que acompanhou a seringa foi uma mangueira de borracha de material
silicone com diâmetro externo de 5 mm, interno de 3 mm e comprimento de 1400 mm.
3 - Quanto às medições e coletas em campo
As medidas realizadas foram feitas mensalmente e pontualmente nos dois aterros,
percorrendo cada ponto de drenagem no local.
a) Aterro Sanitário de Nova Iguaçu
As medidas com os equipamentos eletrônicos foram realizadas em 16 pontos de
drenagem como pode ser observado no mapa em anexo e a coleta com seringa foi feita
em 5 pontos de drenagem conforme assinalado no mapa de localização dos drenos de
gás (ver Anexo C). As amostras coletadas eram mantidas sob refrigeração por certo
tempo e depois eram submetidas à cromatografia.
b) Aterro Controlado Terra Brava
As medidas com os equipamentos eletrônicos e as coletas com seringas foram
feitas em 5 pontos de drenagem conforme o mapa de localização dos drenos de gás (ver
Anexo C). As amostras coletadas eram mantidas sob refrigeração por certo tempo e
depois eram submetidas à cromatografia.
3.2.2 – Estudo Laboratorial
A segunda etapa consistiu de um estudo laboratorial feito através de um
cromatógrafo. O princípio de funcionamento do cromatógrafo consiste no uso de um
gás de arraste que entra pelo cromatógrafo passando pelo injetor, que deve estar
aquecido de modo a promover a rápida vaporização da amostra, e chegando à coluna
fazendo o arraste do aerossol da amostra. Depois de separados na coluna, os
componentes atravessam o detector e o sinal é logo enviado e registrado na forma de um
cromatograma.
Seringa com volume a ser
injetado
Regulador de
pressão de
dois estágios
2
1
3
Detector
E.T.
Gás de Arraste
Injetor
1- Controle de
entrada de gás
de arraste
2- Controle da
purga do septo
3- Controle da
saída do
divisor
Forno de Colunas
Coluna
capilar
E.T. – Estação de Trabalho, microprocessador, integrador/registrador.
Fonte: Aquino Neto & Souza Nunes, 2003.
Figura 3.5 – Sistema cromatográfico para cromatografia
O cromatógrafo utilizado para análise dos gases CO2, CH4 e Ar foi o modelo CP 3800, nº de série 101280, marca VARIAN e ano 2002.
Cromatógrafo: Varian modelo 3800 – Detector e coluna usados para a cromatografia:
-
Detector de condutividade térmica:
-
Coluna de Poraplot Q 50 metros x 0,53 mm
Condições analíticas do equipamento:
-
Temperatura da coluna: 40 o C (Isotérmico)
-
Temperatura do detector: 200 o C
-
Vazão da coluna: 5 ml/min
-
Sensibilidade do detector: 10 E –11
-
Temperatura do filamento: 250 o C
-
Relação do split: 1/10
Uma terceira etapa foi desenvolvida com relação à coleta e ensaio do solo de
cobertura, já que existe a possibilidade do gás migrar pela camada de cobertura do
aterro. Admitiu-se que o material coletado da camada de cobertura provisória será o
mesmo material usado para a cobertura final.
3.2.3 – 3ª ETAPA: Coleta e Ensaios do Solo de Cobertura
3.2.3.1 - Material para coleta de solo
- Cilindro de PVC com ∅interno= 9,5 cm, ∅externo= 11,0 cm e h = 20,0 cm;
- Saco plástico;
- Cilindro metálico (Anel de Kolpec) de 5,0 cm de diâmetro e 5,0 cm de altura;
- Faca;
- Colher de pedreiro;
- Machadinha;
- Colher de jardinagem.
3.2.3.2 - Quanto à coleta de solo de cobertura
Foram coletadas dois tipos de amostra de solo de cobertura do aterro Terra Brava
próximas aos drenos de gás 1, 2 e 3 (indeformada e deformada).
As amostras indeformadas (submetidas aos ensaios de determinação dos índices
físicos) foram coletadas através de cilindros de PVC biselados (18º de inclinação),
cravados gradativamente no solo de cobertura e acondicionadas em sacos plásticos,
enquanto que as deformadas foram coletadas a granel e acondicionadas em sacos
plásticos.
(a)
(b)
(c)
Figura 3.6 – Cravação do Cilindro no solo
A Figura acima mostra as fases de cravação do cilindro no solo de cobertura,
onde: (a) parcialmente cravado; (b) quase totalmente cravado; e (c) totalmente cravado.
Foram coletadas amostras indeformadas de solo em cilindros metálicos (Anel de
Kolpec), onde estes eram cravados no solo e depois removidos cuidadosamente. As
coletas foram efetuadas a uma distância próximas a 3,00 m dos drenos de gás 1, 2 e 5.
Essas amostras foram acondicionadas em sacos plásticos. Para os drenos de gás 3 e 4, as
amostras de solo de cobertura próximas aos mesmos, não puderam ser coletadas, devido
a grande quantidade de lixo no local, já que para isso teria que remover o lixo por
completo e ir até a profundidade de 1,50 m para coletar o solo de cobertura provisória
anterior.
No Anexo C há um mapa de localização dos drenos de gás com os pontos de
coleta referente a cada tipo de ensaio do solo.
As coletas de solo para o Aterro Nova Iguaçu foram feitas da mesma forma para o
Aterro Terra Brava. As amostras foram extraídas em cotas 47.00, 48.00, 49.40 e 55.00
do aterro.
3.2.3.3 - Ensaios do Solo
As amostras deformadas e indeformadas foram submetidas aos ensaios de
granulometria, limites de Atterberg, compactação, CBR e permeabilidade, enquanto que
as amostras coletadas em cilindros metálicos (indeformadas) foram submetidas a um
único ensaio de obtenção da curva de retenção de umidade do extrator de Richards.
a) Granulometria
O ensaio granulométrico foi realizado no Laboratório de Geotecnia da
COPPE/UFRJ, segundo a norma NBR 7181.
b) Limites de ATTERBERG
Os limites de ATTERBERG foram determinados de acordo com a norma NBR
6459 (Limite de Liquidez) e NBR 7180 (Limite de Plasticidade).
c) Ensaio de Compactação
O ensaio de compactação realizado no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ
foi executado de acordo com a NBR 7182 na energia do Proctor Normal sem reuso de
material.
d) Ensaio de CBR (Califórnia Bearing Ratio)/ Índice de Suporte Califórnia (I.S.C.)
Foram realizados pelo Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ segundo a NBR
9895 os ensaios de CBR ou ISC em amostras compactadas na energia do Proctor
Normal.
Para cada amostra de solo foi ensaiado um corpo de prova na umidade ótima
correspondente ao ensaio de compactação do Proctor Normal.
As curvas de compactação são apresentadas no capítulo 7.
f) Ensaio de Permeabilidade do solo
O ensaio realizado pelo Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ foi o de carga
variável, segundo a norma NBR 14545. Este ensaio é aplicado para solos siltosos e
argilosos.
As amostras foram compactadas em cilindros de 10,14 cm de diâmetro.
Os ensaios foram realizados na umidade ótima obtida do ensaio de Compactação
Proctor Normal.
g) Ensaio de Obtenção de Curva Característica de Retenção de Umidade no
Aparelho Extrator de Richards
O ensaio de obtenção de curva característica de umidade no aparelho extrator de
Richards foi realizado na EMBRAPA-RJ. Os resultados deste ensaio são apresentados
no capítulo 7 no item 7.2. Este ensaio consiste em colocar as amostras de solo saturadas
em placas de cerâmica previamente saturadas e submetidas a uma determinada pressão,
até atingir a drenagem máxima da água contida nos seus poros, correspondente à tensão
aplicada (Manual EMBRAPA, 1997). A seguir determina-se a umidade da amostra. As
tensões usuais são: 0,01; 0,033; 0,1; 0,5; e 1,5 MPa.
A Figura 3.7 apresenta o Aparelho extrator de Richards.
TAMPA
MEDIDOR DE
PRESSÃO
P
CÂMARA DE PRESSÃO
AMOSTRA
DE SOLO
Patm + P
PLACA
POROSA
(15 bar)
h
SUPORTE DA PLACA
TELA DE NYLON
DIAFRAGMA DE
BORRACHA
Fonte: Dinâmica da água no solo, Libardi, 1995.
Figura 3.7 – Aparelho extrator de Richards
O procedimento adotado é descrito no anexo D.
IV – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1. A Relevância da Questão dos Resíduos Sólidos
Desde a realização da Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e o
Desenvolvimento - ECO - 92, uma das questões amplamente discutida e considerada
fundamental quanto à preservação do meio ambiente foi a crescente produção de
resíduos sólidos em todo o mundo.
A Agenda 21 (NOSSA PRÓPRIA AGENDA, 1992), propõe como estratégia
para a obtenção de um modelo de gerenciamento dos resíduos sólidos compatíveis com
a preservação ambiental, quatro programas:
-minimização de resíduos;
-maximização da reutilização e da reciclagem de resíduos;
-promoção de sistemas adequados de tratamento e disposição de resíduos;
-ampliação da cobertura dos serviços de limpeza urbana.
Segundo FERREIRA (1999), a demanda por sistemas adequados de tratamento e
disposição de resíduos é reveladora da pouca consciência que se tem dos efeitos
negativos, no meio ambiente e na saúde humana, que o lançamento indiscriminado dos
resíduos pode provocar.
A pouca propensão das autoridades públicas em utilizar recursos para
implementação de tais sistemas está relacionada ao significado que damos, na nossa
sociedade, ao servido, ao utilizado, ao descartável, cujo valor não justifica gastarmos
dinheiro com lixo.
Segundo o mesmo autor, 75 % dos resíduos são coletados pelos sistemas de
limpeza urbana das cidades brasileiras (no Rio de Janeiro a COMLURB coleta mais de
90 %) e transportados para um destino final. A predominância, quase que geral, é dos
lixões, com todos os seus aspectos negativos como: presença de fumaça, mau cheiro,
poluição das águas superficiais e subterrâneas, urubus, presença de vetores de doenças e
de animais e a presença constrangedora de seres humanos catando lixo.
Segundo o órgão de controle ambiental do Estado de São Paulo, em 1997,
77,8% correspondia aos sistemas municipais do Estado enquadrados em condições
inadequadas, cuja indicação se reflete no número de municípios. Em 2004, este valor
caiu para 29,7%, os quais vêm sendo alvos das ações de controle da CETESB, a fim de
alcançarem condições adequadas. Também se destaca a evolução da quantidade de
resíduos sólidos dispostos que era de 10,9%, em 1997, passando para 79,3% em 2004
(CETESB, 2004).
A nossa responsabilidade pelos impactos ambientais e na saúde pública
provocados pelos lixões está diretamente relacionada à nossa pouca resistência à
existência dos mesmos e a nossa participação na sociedade de consumo, contribuindo
para geração das enormes quantidades de resíduos. Enquanto o município do Rio de
Janeiro produz cerca de 7.200 toneladas/dia de resíduos, São Paulo produz o dobro,
cerca de 14.000 t/dia. Como parâmetro de comparação, a cidade de Nova York,
referência no modelo de consumo mundial, produz, com uma população semelhante à
do Rio de Janeiro, cerca de 25.000 t/dia de resíduos (FERREIRA, op. cit.).
Ainda, segundo SOARES (1999):
"O lixo reproduz os valores de um grupamento social, sendo o reflexo de
suas atividades cotidianas, demonstrando, em sua composição, o grau de
desenvolvimento deste grupo".
Tendo em vista o grau de evolução da sociedade e dos recursos disponíveis para
a aplicação, existem diversas formas de tratamento e disposição final do lixo.
Os problemas de destinação final poderiam em parte ser resolvidos se existissem
bons aterros sanitários. Dentro das condições econômicas e de capacitação técnica
disponíveis em países como o Brasil, a solução mais viável para o destino do lixo são os
aterros sanitários.
4.2 - Definição dos Resíduos Sólidos
Para definir lixo, ou resíduos sólidos, existem diversas formas e pontos de vista
para fazê-lo e, em geral, são definidos de acordo com a conveniência e preferência de
cada um.
“Tudo o que não presta e que se joga fora”, assim o dicionário da língua
portuguesa começa a explicação da palavra lixo. E continua: “Coisas inúteis, velhas,
sem valor” (FERREIRA ABH, 1997).
É comum definir lixo como “todo e qualquer resíduo resultante das atividades
diárias do homem na sociedade. Estes resíduos são, basicamente, sobras de alimentos,
papéis, papelões, plásticos, trapos, couros madeiras, latas, vidros, lamas, gases, vapores,
poeiras, sabões, detergentes e outras substâncias descartadas de forma consciente”.
Pode-se dizer, ainda, que resíduos sólidos “são os restos das atividades humanas,
consideradas pelos geradores como inúteis, indesejáveis ou descartáveis” (IPT/
CEMPRE, 2000).
A definição de resíduos sólidos no Brasil adotada pela norma brasileira NBR10004/ 87 e citado na Resolução CONAMA Nº. 5, de 05 de agosto de 1993, é definido
como:
“Resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de
comunidade de origem: Industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de
serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de
sistemas de tratamentos de água, aqueles gerados em equipamentos, instalações de
controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem
inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d’água, ou exijam para
isso soluções técnica economicamente inviáveis, em face à melhor tecnologia
disponível.”
4.3 – Classificação do Lixo
O lixo pode ser classificado de diversas formas como, por exemplo:
Por sua natureza física: seco e molhado;
Por sua composição química: matéria orgânica e matéria inorgânica;
Pelos riscos potenciais ao meio ambiente: perigosos, não-inertes e inertes
(ABNT, 2004 - 4.2, a e b), conforme mostrado no Quadro 4.1.
Quadro 4.1 – Classificação dos resíduos sólidos quanto à periculosidade.
Classe de Risco
Classe I
(Perigosos)
Classe IIA
(Não-inertes)
Classe IIB
(Inertes)
Fonte: ABNT - NBR 10004 (2004).
Característica
Apresentam risco à saúde pública e ao meio
ambiente, caracterizando-se por possuir uma
ou mais das seguintes propriedades:
inflamabilidade, corrosividade, reatividade,
toxicidade e patogenecidade.
Podem
ter
propriedades
como:
combustibilidade, biodegradabilidade ou
solubilidade em água, porém, não se
enquadram como resíduo classe I ou IIB.
Não tem nenhum constituinte solubilizado em
concentração superior ao padrão de
potabilidade de água.
Outra forma de se classificar o lixo é quanto sua origem, desta forma sua
classificação (sugerida pelo CEMPRE) é apresentada desta maneira:
Lixo Domiciliar
Aquele originado na vida diária das residências, constituído por restos de
alimentos, produtos deteriorados, jornais e revistas, garrafas e embalagens, papel
higiênico e fraldas descartáveis, ou ainda uma infinidade de itens domésticos.
Lixo Comercial
É aquele originado nos estabelecimentos comerciais e de serviços, como
supermercados, bancos, lojas, bares, restaurantes, etc. O lixo destes estabelecimentos
tem um forte componente de papel, plástico, embalagens diversas e material de asseio,
como papel-toalha, papel higiênico, etc.
Lixo Público
São aqueles originados dos serviços de limpeza pública urbana, incluídos os
resíduos de varrição das vias públicas, limpeza de praias, de galerias, córregos e
terrenos baldios, podas de árvores, etc. Fazem parte ainda desta classificação a limpeza
de locais de feiras livres ou eventos públicos.
Lixo Hospitalar
Constituídos de resíduos sépticos que contém ou potencialmente podem conter
germes patogênicos. São produzidos em serviços de saúde, como hospitais, clínicas,
laboratórios, farmácias, clínicas veterinárias, postos de saúde, etc. Este lixo é
constituído de agulhas, seringas, gazes, bandagens, algodões, órgãos e tecidos
removidos, meios de cultura, animais usados em teste, sangue coagulado, remédios,
luvas descartáveis, filmes radiológicos, etc.
Lixo Especial
É o lixo encontrado em portos, aeroportos, terminais rodoviários ou ferroviários.
Constituído de resíduos sépticos, pode conter agentes patogênicos oriundos de um
quadro de epidemia de outro lugar, cidade, estado ou país. Estes resíduos são formados
por material de higiene e asseio pessoal, restos de alimentação, etc.
Lixo Industrial
É aquele originado nas atividades industriais, dentro dos diversos ramos
produtivos existentes. O lixo industrial é basicamente variado e pode estar relacionado
ou não com o tipo de produto final da atividade industrial. É constituído por resíduos de
cinzas, óleos, lodo, substâncias alcalinas ou ácidas, escórias, corrosivos, etc.
Lixo Agrícola
Resíduos sólidos das atividades agrícolas e da pecuária, como, por exemplo,
embalagens de adubos e agrotóxicos, defensivos agrícolas, ração, restos de colheita, etc.
Em várias regiões do mundo, este tipo de lixo vem causando preocupação crescente,
destacando-se as enormes quantidades de esterco animal gerados nas fazendas de
pecuária intensiva. Também as embalagens de agroquímicos diversos, em geral tóxicos,
têm estado na mira das legislações específicas.
4.4 – Conhecimento do Lixo Municipal
É necessário ter um conhecimento do lixo municipal de suas características, pois
existem vários fatores que são influenciantes na caracterização do lixo, tais como:
Número de habitantes;
Poder aquisitivo;
Condições climáticas;
Hábitos e costumes;
Nível educacional.
A influência dos fatores citados pode ser expressa pela quantidade de lixo
gerada, pela sua composição física e parâmetros físico-químicos, todos indispensáveis
ao correto prognóstico de cenários futuros (Quadro 4.2).
Quadro 4.2 - Informações necessárias ao planejamento do gerenciamento do lixo
municipal.
Parâmetros
Descrição
Importância
Taxa de geração por
habitantes
(kg/habitante.dia)
Quantidade de lixo gerada por habitante num
período de tempo especificado; refere-se aos
volumes efetivamente coletados e à população
atendida.
Fundamental para o planejamento de todo
o sistema de gerenciamento do lixo,
principalmente no dimensionamento de
instalações e equipamentos.
Referem-se às porcentagens das várias frações do
lixo, tais como papel, papelão, madeira, trapo,
couro, plástico duro e mole, matéria orgânica,
metal ferroso, metal não ferroso, vidro, borracha e
outros.
Relação entre a massa e o volume do lixo; é
calculada para diversas fases do gerenciamento do
lixo.
Ponto de partida para estudos de
aproveitamento das diversas frações e
para compostagem.
Composição física
Densidade aparente
Umidade
Quantidade de água contida na massa de lixo
Teor de materiais
combustíveis e
incombustíveis
Quantidade de materiais que se prestam à
incineração e de materiais inertes.
Poder calorífico
É a quantidade de calor gerada pela combustão de
1 kg de lixo ou resíduo misto (e não somente dos
materiais facilmente combustíveis).
Composição química
Normalmente são analisados nitrogênio, fósforo,
potássio, enxofre, carbono, relação carbono e
nitrogênio (C/N), pH e sólidos voláteis.
Teor de matéria
orgânica
Quantidade de matéria orgânica contida no lixo ou
resíduo sólido.
Inclui matéria orgânica não-putrescível (papel,
papelão, etc.) e putrescível (verduras, alimentos,
etc.)
Determina a capacidade volumétrica dos
meios de coleta, transporte, tratamento e
disposição final.
Influencia a escolha de tecnologia de
tratamento e equipamentos de coleta.
Tem influência notável sobre o poder
calorífico, densidade e velocidade de
decomposição biológica dos resíduos
sólidos.
Juntamente com a umidade, informa, de
maneira
aproximada,
sobre
as
propriedades de combustibilidade dos
resíduos.
Avaliação para instalação de incineração.
Definição da forma mais adequada de
tratamento (sobre tudo compostagem) e
disposição final. Vários outros elementos
que atuam como agentes inibidores/
catalisadores nos diversos tipos de
tratamento,
também
podem
ser
analisados.
Avaliação da utilização do processo de
compostagem.
Avaliação do estágio de estabilização do
lixo aterrado.
Fonte: IPT, 2000)
Os fatores de geração consistem, basicamente, na taxa de geração por habitantes e
o nível de atendimento dos serviços públicos do município.
A composição física do lixo é obtida pela determinação do percentual de seus
componentes mais comuns, tais como vidro, plástico, metais e outros.
Parâmetros físicos são expressos por características como umidade, densidade e
poder calorífico dos resíduos (lixo), enquanto os parâmetros químicos, pelos teores dos
elementos químicos (C, S, N, K e P) presentes nos resíduos.
Quadro 4.3 - Estimativa da Quantidade de Lixo Gerada
Objetivo: Dá um prognóstico quanto à quantidade de lixo gerada no município.
A – População atual (habitantes);
B – Geração per capita de lixo (kg/habitante.dia), obtida de processos de amostragem;
C0 – Nível de atendimento atual dos serviços de coleta de lixo (%);
D – Taxa de crescimento populacional (%);
E – Taxa de incremento da geração per capita de lixo (%);
Ct – Nível de atendimento dos serviços de coleta de lixo após n anos (%);
n – intervalo de tempo considerado (anos).
Estimativas:
Geração atual: A x B x C0 (kg/dia);
Geração futura: {[A x ((1+Dn))] x [B x ((1+E)n)] x Ct } (kg/dia)
Fonte: IPT, 2000
4.5 - Composição do Lixo
Sua composição é bastante variada ao longo de seu percurso pelas unidades de
gerenciamento do lixo, desde a geração até o destino final, bem como ao longo do
tempo (Quadro 3).
No início da caracterização, é comum observar as condições da zona urbana,
tentando identificar qual o método mais adequado a ser usado. Depois disso, deverá ser
definido o objetivo da caracterização, pois pra cada necessidade, varia as análises, como
também a metodologia de amostragem.
Tabela 4.1 – Variação na composição dos resíduos sólidos em São Paulo
Ano
Tipo de Material
1927 1947 1965 1969 1972 1989 1990 1993 1998
Papel e papelão
13,4
Trapo de couro
1,5
2,7
Plástico
Vidro
Metal e lata
0,9
1,7
1,4
2,2
Matéria orgânica
82,5
16,7 16,8
29,2
25,9
3,1
3,8
4,3
-
1,5
2,2
1,9
2,6
7,8
4,3
2,1
4,2
7,5 9,0
1,5 4,2
3,25 5,3
12,08 22,9
1,10 1,5
3,24 3,0
76,0 76,0
52,2
47,6
55,0 47,4
64,43 69,5
Fonte: PROEMA (1994), São Paulo (1992).
17,0 29,6
3,0
14,43 18,8
4,52
3,0
Ao se iniciar a amostragem pra determinação da composição física dos resíduos,
dados devem ser levantados referentes ao sistema de limpeza pública, como o número
de setores de coleta, freqüência de coleta, características dos veículos coletores (tipo,
número, capacidade, etc.), distância aos locais de tratamento e disposição final e
quantidade dos resíduos gerados.
Certos fatores também devem ser considerados, pois interferem na composição
física dos resíduos e na representatividade da amostragem, tais como: aspectos de
sazonalidade e climáticos; influências regionais e temporais (com flutuações na
economia).
O objetivo da amostragem de caracterização dos resíduos é a obtenção de uma
amostra representativa, ou seja, a coleta de uma parcela do resíduo a ser estudado que,
quando analisada apresente as mesmas características e propriedades de sua massa total.
As figuras a seguir mostram a composição física média e as formas de
gerenciamento do lixo municipal em alguns países, como uma maneira de se comparar
cada situação apresentada.
24,5%
Brasil
1,6%
2,9%
2,3%
Europa
28,1%
16,2%
9,7%
52,5%
Papel /Papelão
Vidro
Outros
(a)
9,2%
Plástico
Metal
Matéria Orgânica
7,0%
0%
5%
10%
7,2%
Japão
44%
7%
9,8%
(b)
Estados Unidos
34%
36,0%
1,0%
2,5%
40,0%
49,5%
0,0%
LEGENDA
(d)
(c)
Fonte: IPT, 2000
Figura 4.1 - Composição percentual média de lixo domiciliar em alguns países.
Alemanha
França
2,5%
0,8%
1,5%
3%
1,5%
10%
25,8%
9,5%
15,5%
12,5%
(e)
(f)
Inglaterra
Holanda
0,6%
3,5%
6%
0%
1,0%
1,4%
3,5%
11,5%
34,5%
30%
(g)
(h)
LEGENDA
Fonte: IPT, 2000
Figura 4.2 – Geração anual e formas de gerenciamento de resíduos em alguns
países desenvolvidos (dados em milhões de t/ano)
Nas figuras abaixo são mostrados dados de composição física média do lixo municipal
em cidades brasileiras (sistema de coleta tradicional).
São Paulo
Rio de Janeiro
18,8%
53,8%
22,2%
54,6%
3,0%
16,8%
22,9%
3,7%
1,5%
2,8%
(i)
(j)
Salvador
Porto Alegre
16,2%
22,1%
17,1%
55,0%
9,0%
9,2%
60,2%
2,9%
3,7%
4,7%
(k)
(l)
LEGENDA
Fonte: IPT, 2000
Figura 4.3 – Composição percentual média de lixo domiciliar
4.6 – Tratamento e Disposição Final do Lixo
Corroborando a Agenda 21, visando o desenvolvimento sustentável, o
gerenciamento do lixo deve ser feito de modo integrado, através de um diagnóstico da
administração municipal dos serviços de limpeza, do tratamento e da disposição final,
com uma fase independente para os lixos de serviços de saúde e hospitalar (IPT, 1995).
No Brasil de cada 100 habitantes, 75 moram em cidades e o restante na zona rural.
Esta migração crescente da zona rural para as grandes cidades desequilibra o
gerenciamento do lixo, forçando as prefeituras a correrem contra o tempo em
disponibilizar lugares para disposição correta do lixo urbano. Estatisticamente a
disposição final do lixo no Brasil está assim representada:
Unidades de destinação final do lixo
1%
Vazadouro a céu aberto
(lixão)
Vazadouro em áreas
alagadas
Aterro controlado
16%
53%
Aterro sanitário
13%
3%
5% 2%
7%
Aterro de resíduos
especiais
Usina de compostagem
Usina de reciclagem
Incineração
Fonte: IBGE, 2000
Figura 4.4 – Destinação final do lixo no Brasil
O resultado da desproporção entre a disposição correta do lixo faz com que grande
parte dele não seja coletada, permanecendo nos logradouros ou sendo descartado em
lugares públicos, terrenos baldios, encostas ou cursos de água. O lixo destinado de
forma errada é prejudicial para o meio ambiente. Veja a seguir quanto tempo à natureza
leva para biodegradar alguns materiais presentes na composição do lixo, quando há
condições favoráveis para este processo de decomposição:
Quadro 4.4 – Tempo de decomposição dos resíduos sólidos na natureza.
RESÍDUOS
TEMPO DE DECOMPOSIÇÃO
Jornais
2 a 6 semanas
Embalagens de papel
1 a 4 meses
Guardanapos
3 meses
Pontas de cigarro
2 anos
Palito de fósforo
2 anos
Chicletes
5 anos
Casca de frutas
3 meses
Náilon
30 a 40 anos
Copinhos de plástico
200 a 450 anos
Latas de alumínio
100 a 500 anos
Tampinhas de garrafa
100 a 500 anos
Pilhas e baterias
100 a 500 anos
Garrafas de vidro ou plástico
Mais de 500 anos
Fonte: Grippi (2001)
A disposição final do lixo é a última fase de um sistema de limpeza urbana, sendo
que esta etapa é efetuada logo após a coleta. Em alguns casos, visando melhores
resultados econômicos, sanitários e ou ambientais, o lixo é principalmente processado
para depois ser disposto ao local apropriado (CPU / IBAM, 1998).
Quando o processamento tem por objetivo fundamental a diminuição dos
inconvenientes sanitários ao homem e ao meio ambiente, então se pode dizer que o lixo
foi submetido a um tratamento. Há várias formas de processamento e disposição final
aplicáveis ao lixo urbano, sendo descritas a seguir:
4.6.1 - Compactação
Trata-se de um tipo de processamento que reduz o volume inicial de lixo de 1/3 a
1/5, favorecendo o seu posterior transporte e disposição final. Isto pode se dar nas
estações de transferência.
4.6.2 - Trituração
Consiste na redução da granulometria dos resíduos através de emprego de
moinhos trituradores, objetivando diminuir o seu volume e favorecer o seu tratamento
e/ou disposição final.
4.6.3 - Incineração
Este processo visa a queima controlada do lixo em fornos projetados para
transformar totalmente os resíduos em material inerte, propiciando também uma
redução de volume e de peso. Em princípio parece excelente, porém há uma
desvantagem, que é o custo elevado de instalação e operação, além dos riscos de
poluição atmosférica, quando o equipamento não for adequadamente projetado e/ou
operado.
4.6.4 - Compostagem
É um método utilizado para decomposição de material orgânico existente no lixo,
sob condições adequadas, de forma a se obter um composto orgânico para utilização na
agricultura. Apesar de ser considerado um método de tratamento, a compostagem
também pode ser considerada como um processo de destinação do material orgânico
presente no lixo. Possibilita enorme redução da quantidade de material a ser disposto no
aterro sanitário, para onde vai somente o que for rejeitado no processamento.
4.6.5 - Reciclagem
Este processo constitui importante forma de recuperação energética, especialmente
quando associado a um sistema de compostagem. Apenas alguns componentes do lixo
urbano não podem ser aproveitados. É o caso de louças, pedras e restos de aparelhos
sanitários, que até o momento, pelo menos, não tem nenhum aproveitamento
econômico. Outros são considerados resíduos perigosos, como restos de tinta e pilhas,
por exemplo, e devem ser separados para evitar a contaminação do composto.
Dependendo das características regionais, a reciclagem pode representar um fator
importante de redução de custos dentro do sistema de limpeza urbana. A reciclagem dos
materiais recuperáveis no lixo urbano tem cada vez maior aceitação no mundo. As
vantagens econômicas, sociais, sanitárias e ambientais sobre os outros métodos são
evidentes.
4.6.6 - Lixão
Segundo o IPT (op. cit.), lixão é uma forma inadequada de disposição final de
resíduos sólidos, que se caracteriza pela simples descarga sobre o solo, sem medidas de
proteção ao meio ambiente ou à saúde pública. Os resíduos assim lançados acarretam
problemas à saúde pública, como proliferação de vetores de doenças (moscas,
mosquitos, baratas, ratos, etc.), geração de maus odores e, principalmente, a poluição do
solo e das águas superficiais e subterrâneas através do chorume (líquido de cor preto,
mal cheiroso e de elevado potencial poluidor produzido pela decomposição da matéria
orgânica contida no lixo), comprometendo os recursos hídricos.
Acrescenta-se a esta situação o total descontrole quanto aos tipos de resíduos
recebidos nestes locais, verificando-se até mesmo a disposição de dejetos originados
dos serviços de saúde e das indústrias.
Comumente ainda se associam aos lixões fatos altamente indesejáveis, como a
criação de porcos e a existência de catadores os quais, muitas vezes, residem no próprio
local. A Figura 4.5 mostra o exemplo de um lixão.
Fonte: IPT, 1995
Figura 4.5 - Vazadouro ou Lixão
4.6.7 - Aterro Controlado
Segundo o IPT (op. cit.), é uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos
no solo, sem causar danos ou riscos à saúde pública e à segurança, minimizando os
impactos ambientais. Este método utiliza princípios de engenharia para confinar os
resíduos sólidos, cobrindo-os com uma camada de material inerte na conclusão de cada
jornada de trabalho.
Esta forma de disposição produz, em geral, poluição localizada, pois similarmente
ao aterro sanitário, a extensão da área de disposição é minimizada. Porém, geralmente
não dispõe de impermeabilização de base (comprometendo a qualidade das águas
subterrâneas), nem processos de tratamento de chorume ou de dispersão dos gases
gerados.
Esse método é preferível ao lixão, mas, devido aos problemas ambientais que
causa e aos seus custos de operação, é inferior ao aterro sanitário.
4.6.8 - Aterro Sanitário
O aterro sanitário é a forma de dispor o lixo sobre o solo, compactando-o com
trator, reduzindo-o ao menor volume permissível e recobrindo-o com camada de terra
compactada, na freqüência necessária (ao menos, diariamente), de modo a ocupar a
menor área possível.
Segundo SOARES (op. cit.), a técnica basicamente consiste na compactação dos
resíduos no solo, dispondo-o em camadas que são periodicamente cobertas com terra ou
outro material inerte, formando células, de modo a ter-se uma alternância entre os
resíduos e o material de cobertura.
Segundo FONSECA (1999), o principal objetivo do aterro sanitário é dispor os
resíduos sólidos no solo, de forma segura e controlada, garantindo a preservação do
meio ambiente, a higiene e a saúde pública. Mas, sem dúvida, os aterros também
servem para recuperar áreas deterioradas, tais como: pedreiras abandonadas, grotas,
escavações oriundas de extração de argila e areia e regiões alagadiças. Quando se tratar
de áreas para atender os dois objetivos citados, devem ser feitos estudos apropriados
para garantir as condições sanitárias do aterro e o não comprometimento do lençol
freático da área em questão.
Quando da construção de aterros sanitários, devem ser tomadas as seguintes
medidas:
-
proteger as águas superficiais e subterrâneas de possível contaminação oriunda do
aterro, através de camada impermeabilizante e drenagem adequada;
-
dispor, acumular e compactar diariamente o lixo na forma de células, trabalhando
com técnicas corretas para possibilitar o tráfego imediato de caminhões coletores,
equipamentos e para reduzir recalques futuros do local;
-
recobrir diariamente o lixo com uma fina camada de terra de 20 cm (selo de
cobertura) para impedir a procriação de roedores, insetos e outros vetores e a
presença de catadores e animais a procura de materiais e alimentos;
-
controlar gases e líquidos que são formados no aterro, através de drenos
específicos;
-
manter os acessos internos e externos em boas condições, mesmo em tempo de
chuva;
-
isolar e tornar indevassável o aterro e evitar incômodos à vizinhança.
A Figura a seguir mostra com mais detalhes um aterro sanitário.
Fonte: IPT, 2000
Figura 4.6 – Detalhes de um aterro sanitário.
A concepção do aterro sanitário como local de tratamento requer a avaliação das
alternativas e sistemas disponíveis. Nesse aspecto, podem-se distinguir quatro linhas
principais de tratamento nos aterros sanitários:
1) Digestão anaeróbia;
2) Digestão aeróbia;
3) Tratamento biológico e digestão semi-anaeróbia.
(
Digestão anaeróbia
Nível do chorume)
O2
O2
O2
O2
AR
Digestão aeróbia
(
Tratamento Biológico
inoculação biológica)
Fonte: IPT, 2000
Figura 4.7 – Processos empregados no tratamento de resíduos sólidos
4.6.8.1 - Tratamento por digestão anaeróbia
A digestão anaeróbia, pura e simples, é considerada apenas uma forma sanitária de
tratamento, já que a inertização do lixo (término das reações orgânicas, alcançando-se o
estágio de mineralização) poderá demorar dezenas de anos. Esta concepção tem sido
aplicada no Brasil e nos Estados Unidos.
4.6.8.2 - Tratamento por digestão aeróbia
A alternativa por digestão aeróbia tem sido indicada como a que traz as maiores
vantagens para decomposição do lixo. Esta forma de tratamento só não é usada de uma
maneira generalizada devido aos seus maiores custos diretos, comparada com anaeróbia.
A desvantagem no processo aeróbio reside na necessidade de fazer uma injeção de
ar na massa de lixo, onde são operados sistemas de controle e bombeamento, com
elevados custos.
As vantagens do processo aeróbio sobre o processo anaeróbio são mostradas no
quadro abaixo.
Quadro 4.5 – Vantagens do processo aeróbio sobre o anaeróbio
Fatores
Vantagens
Menores níveis de DBO* e DQO**, facilitando
Percolado
tratamentos finais destes líquidos.
Formação de gases
Não-formação de biogás.
Estabilização
Decomposição mais rápida do lixo.
Melhores condições de drenagem, beneficiando a
Drenagem de líquidos e gases
estabilidade mecânica dos aterros.
*Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): medida de quantidade de oxigênio consumida
pelos microorganismos durante a oxidação da matéria orgânica que está presente na
água ou água residuária (percolado, no caso). Quanto maior o grau de contaminação
maior será a DBO.
**Demanda Química de Oxigênio (DQO): medida de quantidade de oxigênio consumida
durante a oxidação química da matéria orgânica presente na água ou água residuária
(percolado, no caso). Em geral, a DQO é maior que a DBO e nem sempre é possível
correlacioná-las.
Fonte: IPT, 2000.
4.6.8.3 – Tratamento biológico
O tratamento biológico do lixo, como forma de aceleração do processo de
decomposição da matéria orgânica, tem sido objeto de estudos teóricos e acadêmicos.
Esta alternativa demanda tecnologia de processo relativamente complexa e controle
rigoroso em todas as suas faces, necessitando equipe especializada para operação.
O tratamento acelerado do lixo, mediante decomposição biológica em célulasreatoras, transforma a fração orgânica sólida do material alterado em líquidos e gases
que devem ser coletados e tratados. Ao final, se tem a possibilidade de reabertura das
células de lixo, segregação dos compostos orgânicos e destinação final dos resíduos
(inertes). Assim, o aterro sanitário transforma-se em um local para tratamento, podendo
ter, inclusive, o seu volume de resíduos minimizados, mediante técnicas separadoras de
recicláveis e disposição dos inertes em local específico.
Essa técnica tem sido empregada no continente Norte Americano e em alguns
países Europeus. No Brasil, os primeiros experimentos foram realizados na última
década, em dimensões e condições reais de operação. Os resultados destes experimentos
não tiveram bons progressos.
4.6.8.4 – Tratamento por digestão semi-anaeróbia
A concepção de digestão semi-anaeróbia é apresentada por uma corrente
tecnológica como alternativo ás dificuldades encontradas no processo aeróbio. Essa
concepção tenta eliminar as desvantagens de implantar e operar sistemas forçados de
insufladores de ar no lixo, adotando determinadas diretrizes de prevenção de projeto,
privilegiando sistemas de drenagens de gases e percolados e a aeração natural por
convecção.
Com isso, se consegue eliminar a principal desvantagem do processo aeróbio, que
é o custo, e absorvem-se todas as suas vantagens com pouco ou quase nenhum prejuízo
para o tempo de decomposição da matéria orgânica.
Esta alternativa tem sido empregada no lado oriental (Japão), podendo também ser
aplicada por meio de técnicas de aberturas das células, segregação dos materiais em
compostos orgânicos e inertes como no tratamento biológico. Contudo, deve-se estar
alerta para a grande diferença de materiais aterrados nesse País (com predomínio de
cinzas de incineração) em relação aos do Brasil. As condições de DBO dos nossos
percolados podem criar colmatação (entupimento por deposição de materiais) dos
sistemas de drenagem submetidos à entrada de ar, devendo ser previstas soluções de
projeto.
Definindo-se a concepção mais adequada ao caso em análise (desde que estejam
de acordo com as orientações do Órgão Estadual de Controle da Poluição Ambiental OECPA), inicia-se à elaboração do projeto do aterro sanitário para o local selecionado,
onde serão definidas as diversas instalações, sistemas e esquemas de operação
necessários.
4.7 – Aterramento dos Resíduos Sólidos Urbanos
O processo de aterramento dos resíduos pode ser executado de três formas
tradicionalmente empregadas:
- Método da trincheira ou vala;
- Método da rampa;
- Método da área.
Método da Trincheira ou vala Consiste no abrimento de valas, onde o lixo a
ser disposto, compactado e posteriormente coberto com solo. As valas podem
ser de pequena (operação manual) ou de grandes dimensões (permiti-se a
entrada de equipamentos de grande porte em seu interior);
Método da rampa Conhecido também como o método da escavação
progressiva, é fundamentado na escavação da rampa, onde o lixo é disposto e
compactado pelo trator e posteriormente coberto com solo. É geralmente
empregado em áreas de meia encosta, onde o solo natural ofereça boas
condições para ser escavado e, de preferência, possa ser utilizado como
material de cobertura.
Este método é o mais utilizado, devido os resíduos serem adensados em
taludes com certa inclinação e cobertos por uma camada de argila diariamente.
A compactação inclinada em sentido ascendente tende a aumentar a densidade
dos resíduos favorecendo o processo de decomposição biológica. De certa
maneira, a cobertura diária dos resíduos favorece a atividade anaeróbia pelo
fato de reduzir a penetração de ar no aterro.
A compactação em rampa em sentido ascendente vem sendo adotada com
grande sucesso desde a década de 60, por ser um método que vem favorecendo
a decomposição e o adequamento da atividade microbiana anaeróbia no meio.
O adensamento dos resíduos associado à cobertura diária permitem o
surgimento de um ambiente inicial favorecendo a fase de aclimatação das
bactérias, ou como conhecida “fase lag”. Em geral, a fase de aclimatação é
considerada uma fase crítica, observando-se um retardamento no crescimento
dos microorganismos, influenciando o processo de decomposição dos
resíduos.
Método de área Este método é utilizado na maioria das vezes em locais cuja
topografia é plana e o lençol freático é raso (nível bem baixo).
A opção por um desses métodos vai depender de certos fatores, como as
características físicas e geográficas da área e do volume de lixo a ser disposto.
As Figuras mostram os métodos utilizados para o aterramento dos resíduos.
Fonte: IPT, 1996
Figura 4.8.a – Método de Trincheira
Fonte: IPT, 1996
Figura 4.8.b – Método de Rampa
Fonte: IPT, 1996
Figura 4.8.c – Método de Área
4.8 – Densidade dos Resíduos e Produção de Gás
Estudos relacionados a este campo, são poucos os que comprovam a influência da
compactação dos resíduos no processo de decomposição, porém não deixando de ser
comentada já que é de grande importância.
Segundo Buivid (1980), a verificação feita em estudos de laboratório mostrou que
ocorria um ligeiro aumento na produção de gás relacionado ao aumento da densidade. A
tabela 3.2 mostra os resultados obtidos dos testes de laboratório a seguir.
Tabela 4.2 – Produção de gás em aterro versus compactação
Sólidos Voláteis
CH4 Produzido
Destruídos (%)
(m3/kg de S.V)
148
50
0,21
178
52
0,21
207
64
0,27
237
60
0,25
Densidade (kg/m3)
Fonte: Lima, L.M.Q. (2002)
Estes dados de Buivid foram obtidos em escala de laboratório, em que se
manteve o processo a uma temperatura constante de 37º C por um período de 90 dias.
JEWELL (1980), também em escala de laboratório, realizou estudos sobre o efeito
da densidade no processo de decomposição, observando, após 150 dias, que os
lisímetros com maior grau de compactação possibilitaram reduzir o teor de sólidos
voláteis em 36,9%, enquanto os lisímetros menos densos reduziram 33,2% do teor de
sólidos voláteis.
LIMA (1986), realizando estudos em escala real, pode verificar a ocorrência do
aumento da velocidade no processo de digestão e um acentuado aumento na fração
molar do gás metano devido ao aumento da altura da célula de lixo. Células com altura
de 5,00 metros, sobrepostas, conseguem produzir gás mais rapidamente do que células
isoladas. A experiência realizada na cidade de São Paulo, litoral Paulista, atenta ao fato
das células não ultrapassarem a altura de 2,00 metros, tornando-se insignificante a
produção de gás metano, justificando a suposição de que, quanto maior for a altura da
célula, ou seja, seu grau de adensamento ou compactação, maior será a produção de gás.
4.9 – Drenagem de Biogás e Percolado da Massa de Lixo
São abertas valas na massa de lixo com uso de equipamento adequado (retroescavadeira), para a instalação de drenos de percolados e biogás.
As drenagens de líquidos percolados são direcionadas a um tanque de acumulação
para início das operações de tratamento. O volume e as características do tanque serão
definidos em projeto, bem como o tipo de tratamento a ser adotado para o percolado.
Para o dimensionamento do sistema de drenagem é fundamental conhecer a vazão a ser
drenada e as condicionantes geométricas da massa de lixo (resíduos sólidos). A
concepção de um sistema de drenagem para percolados dependerá da alternativa de
tratamento adotada para o aterro, podendo esse sistema está associado ao sistema de
drenagem dos gases.
Basicamente, os drenos usados para a coleta e transporte de líquidos percolados
são constituídos por linhas de canaletas escavadas diretamente no solo, ou sobre a
camada de aterro impermeabilizante, e preenchidas com material filtrante.
O sistema de drenagem de líquidos percolados para aterros em trincheiras ou valas
de pequenas dimensões, via de regra, não tem sido feita uma previsão para esse tipo de
estrutura. Se as valas forem abertas com dimensões adequadas (sobretudo nas estações
chuvosas) e os solos utilizados (para base do aterro e cobertura) com suas respectivas
especificações, o volume de líquidos percolados gerados seria pequeno, podendo o
sistema ser até dispensado pela OECPA (op. cit.).
O sistema de drenagem de gases (biogás) tem a função de drená-los por originar
da decomposição biológica da matéria orgânica, evitando com isso sua migração através
de meios porosos que constituem o subsolo, podendo se acumular em redes de esgoto,
fossas, poços e sob edificações (internas e externas ao aterro sanitário).
A migração do biogás deve ser controlada pela execução de rede de drenagem
adequada, colocados em pontos determinados no aterro. Esses drenos atravessam todo o
aterro no sentido vertical, partindo do sistema de impermeabilização da base até acima
da cota de piso da camada de cobertura. A Figura 4.9 mostra o dreno de gás acima da
cota de piso do aterro.
Altura
Variável
Fonte: CTR Nova Iguaçu, 2003
Figura 4.9 – Dreno de Gás do Aterro de Nova Iguaçu
Associados aos drenos verticais estão os drenos horizontais e subverticais
projetados para facilitar a drenagem e tornando-a mais eficiente na massa de lixo. Esses
drenos podem ser interligados ao sistema de drenagem de percolados, a qual irá
depender da alternativa de solução de tratamento adotada para aterro sanitário.
Os drenos de biogás nos aterros sanitários, geralmente são constituídos por linhas
de tubos perfurados, sobrepostos e envoltos por uma camisa de brita (de espessura
aproximadamente igual ao diâmetro do tubo utilizado), atravessando verticalmente a
massa de resíduos aterrados, indo da base até a superfície superior constituindo uma
chaminé.
Um fator condicionante para o dimensionamento dos drenos é a vazão do gás a ser
drenada; porém, como não existem modelos de cálculos comprovados, normalmente os
drenos são construídos de maneira empírica, prevalecendo o bom senso de quem o
projeta.
É recomendado que se queime o gás que é emitido para atmosfera. Também pode
ser avaliada a possibilidade de recuperação energética, uma vez que o biogás apresenta
concentrações iniciais de metano na ordem de 40% (alguns meses após o aterramento),
estabilizando-se em valores em torno de 60% a 65% (cerca de um a dois anos após
aterramento). Esses valores podem variar dependendo da composição dos resíduos e seu
tempo de degradação. O metano tem um poder calorífico de 5.800 kcal/Nm3.
Em caso de se construir aterro em valas, só será possível se as dimensões das valas
forem significativas, podendo ser executados drenos centrais e laterais, possibilitando a
exaustão dos gases. Já se for ao contrário, as valas com dimensões pequenas, não será
necessário à construção de sistemas especiais para drenagem dos gases, pois será
dispensado pela OECPA (op. cit.).
V - GÁS DE ATERRO (LANDFILL GÁS):
5.1 – Composição, Característica e Explosividade do Gás de Aterro
O gás de aterro é composto de vários gases que estão presentes em grandes
quantidades (gases principais) e de vários gases que estão presentes em pequenas
quantidades (oligogases). Os gases principais são procedentes da decomposição da
fração orgânica dos RSU. Alguns dos oligogases são encontrados em pequenas
quantidades, podendo ser tóxicos e por apresentarem riscos à saúde pública.
5.1.1 - Constituintes principais do gás de aterro
Os gases que são encontrados nos aterros incluem o amoníaco (NH3), o dióxido de
carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2), sulfeto de hidrogênio
(H2S), metano (CH4), nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). Nas tabelas 5.1.1 e 5.1.2 são
apresentadas às distribuições percentuais típicas dos gases que se encontra em um aterro
de RSU. Na tabela 5.1.3 são apresentados os dados sobre o peso molecular e a
densidade.
O metano e o dióxido de carbono são os principais gases procedentes da
decomposição anaeróbia dos componentes biodegradáveis dos resíduos orgânicos nos
RSU.
Tabela 5.1.1 – Constituintes típicos encontrados no gás de aterro de RSU*
Percentagem (base volume seco)
Componentes
Metano
45–60
Dióxido de carbono
40–60
Nitrogênio
2–5
Oxigênio
0,1–1,0
Sulfetos, disulfetos, mercaptanos, etc.
0–1,0
Amoníaco
0,1–1,0
Hidrogênio
0–0,2
Monóxido de carbono
0–0,2
Constituintes em quantidades traçada
Características
0,01–0,6
Valor
Temperatura
37–67 ºC
Densidade específica
1,02–1,06
Contido em umidade
Saturado
3
Poder calorífico superior, Kcal/m
890–1.223
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
* A distribuição percentual exata variará segundo a idade do aterro.
Tabela 5.1.2 – Composição do biogás
Composição Química
% V/V
Metano (CH4)
61,9
Dióxido de carbono (CO2)
36,7
Outros componentes
1,4
Fonte: MENESES, LADY VIRGINIA TRALDI. Biogás: definição, fontes de geração,
processamento, aplicação. Secretaria de Serviços e Obras. Departamento de Limpeza Urbana.
Divisão Técnica de Aterros Sanitários, 1988.
Tabela 5.1.3 – Peso molecular, densidade e peso específico dos gases encontrados
no aterro controlado em condições padrão (0 ºC, 1 atm)
Peso molecular
Densidade
Peso específico
(g)
(g/l)
(kg/m3)
28,97
1,2928
1,293
NH3
17,03
0,7708
0,771
CO2
44,00
1,9768
1,977
CO
28,00
1,2501
1,250
H2
2,016
0,0898
0,089
H2S
34,08
1,5392
1,539
Metano
CH4
16,03
0,7167
0,717
Nitrogênio
N2
28,02
1,2507
1,251
Oxigênio
O2
32,00
1,4289
1,428
Gás
Fórmula
Ar
Amoníaco
Dióxido de
carbono
Monóxido de
carbono
Hidrogênio
Sulfeto de
hidrogênio
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
Nota: Para um comportamento de gás ideal, a densidade é igual à mp/RT, donde m é o peso
molecular do gás, p é a pressão, R é a constante universal dos gases, e T é a temperatura
utilizando uma série de unidades consistente.
Quando o metano está presente no ar em concentrações entre 5 e 15%, é
explosivo. Como no aterro só estão presentes quantidades limitadas de oxigênio, quando
as concentrações de metano chegam a esse nível crítico, há pouco perigo de ocorrer uma
explosão no local. Contudo, podem ser formadas misturas de metano que estão dentro
do limite explosivo se o gás do aterro migrar e entrar em contato com o ar. A
concentração dos gases que podem escapar no lixiviado dependerá da concentração dos
mesmos no momento em que entra em contato com o lixiviado, esta se estima utilizando
a Lei de Henry.
No que diz respeito ao dióxido de carbono, o mesmo têm influência sobre o pH do
lixiviado.
5.1.2 - Constituintes do gás de aterro em quantidades traçadas
A Junta para a Gestão Integral de Resíduos da Califórnia tem realizado um
programa extenso para realização de ensaios sobre gases de aterro, como parte de um
estudo para sua caracterização. Na Tabela 5.1.4 são apresentados dados resumidos sobre
as concentrações dos oligocompostos encontrados nas amostras de gases de aterro
procedentes de 66 aterros.
Tabela 5.1.4
Concentrações típicas de compostos em quantidades traço encontrados no gás de
aterro em 66 aterros de RSU em Califórnia
Composto
Concentração (ppbV*)
Mediana
Média
Máxima
Acetona
0
6.838
240.000
Benzeno
932
2.057
39.000
Clorobenzeno
0
82
1.640
Clorofórmio
0
245
12.000
1,1-Dicloroetano
0
2.801
36.000
1.150
25.694
620.000
1,1-Dicloroeteno
0
130
4.000
clorodietileno
0
2.835
20.000
tras-1,2-Dicloroetano
0
36
850
2,3-Dicloropropano
0
0
0
1,2-Dicloropropano
0
0
0
Brometo de etileno
0
0
0
Dicloroetileno
0
59
2.100
Óxido de etileno
0
0
0
Etilbenzeno
0
7.334
87.500
Metil-etil-cetona
0
3.092
130.00
1,1,2-Tricloroetano
0
0
0
Diclorometano
1,1,1-Tricloroetano
0
615
14.500
Tricloroetileno
0
2.079
32.000
8.125
34.907
280.000
0
246
16.000
Tetracloroetileno
260
5.244
180.000
Cloreto de vinila
1.150
3.508
32.000
Estirenos
0
1.517
87.000
Acetato de vinila
0
5.663
240.000
Xileno
0
2.651
38.000
Tolueno
1,1,2,2-Tetracloroetano
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
*ppbV – partes por bilhão por volume
Em outro estudo realizado pela Inglaterra, foram recolhidas amostras de gás em
três aterros diferentes e foram analisados 154 compostos. Encontraram-se um total de
116 compostos orgânicos no gás de aterro. Muitos dos compostos encontrados se
classificam como compostos orgânicos voláteis (COV). Os dados que são apresentados
na Tabela 5.1.4 são representativos de oligocompostos encontrados na maioria dos
aterros. A presença destes gases no lixiviado que se separa do aterro dependerá de suas
concentrações no gás de aterro quando se põe em contato com o lixiviado. Podem ser
estimadas as concentrações destes constituintes no lixiviado utilizando a lei de Henry,
como é mostrado no Anexo A. Há que ressaltar que a freqüência de concentrações
significativas de COV no gás de aterro está associada a aterros antigos, que aceitam
resíduos industriais e comerciais que contenham COV. Nos aterros mais modernos,
onde está proibida a disposição de resíduos perigosos, as concentrações de COV no gás
de aterro têm sido extremamente baixas.
5.1.3 - Comparação com outros gases
São mostradas na Tabela 5.1.5 as principais diferenças entre o biogás e os demais
tipos de gases combustíveis usuais.
Tabela 5.1.5 – Comparação entre os principais gases
Tipos de gás
Características
ORIGEM
PESO MOLECULAR
BIOGÁS
Aterros
sanitários
27
GÁS
NATURAL
Reservatórios
de petróleo e
de gás
17 a 21
GLP
Destilação de
petróleo e
processamento
de gás natural
GÁS DE RUA
GÁS DE
REFINARIA
Reforma termocatalítica de gás
Processos de
natural ou de
refino de
nafta
petróleo
petroquímica
44 a 56
16
24
24.000 a 32.000
4.300
10.000
1,5 a 2,0
0,55
0,82
Rico: 10.900
PODER CALORÍFICO
5.600
Processado:
9.300
DENSIDADE
RELATIVA
0,923
0,58 a 0,72
Hidrogênio,
Metano,
PRINCIPAIS
dióxido de
Metano e
Propano e
COMPONENTES
carbono e
etano
butano
hidrogênio
metano,
Hidrogênio,
nitrogênio,
nitrogênio,
monóxido de
metano, etano
carbono,
dióxido de
carbono
Industrial,
PRINCIPAIS
UTILIZAÇÕES
geração de
energia
elétrica e
automotivo
Residencial,
comercial,
Residencial e
Residencial e
automotivo, e
comercial
comercial
15
-
Industrial
industrial
PRESSÃO DE
ARMAZENAMENTO
60 a 70
200
(kgf/cm2)
Fonte: CONPET – PROGRAMA NACIONAL DA RACIONALIZAÇÃO DO USO DOS
DERIVADOS DE PETRÓLEO E DO GÁS NATURAL, Rio de Janeiro, 1997, Gás natural.
5.1.4 - Explosividade dos Gases
O início de uma explosão começa com três principais elementos que constituem o
triângulo do fogo:
Fonte: Vianna, 1976
Figura 5.1.1 – Triângulo do Fogo
A explosão é uma combinação de três elementos básicos que são: o
combustível, o oxigênio presente no ar e o calor. A combinação desses três elementos,
nas devidas proporções, desencadeia uma explosão. Portanto, para ocorrer uma
explosão, é necessário existirem reunido combustível, ar e calor, ou seja, combustível,
oxigênio e temperatura de Ignição. A temperatura mínima de auto-ignição é uma
temperatura limite, a partir da qual uma mistura de um gás combustível e um
comburente se inflama espontaneamente, quer dizer, sem a presença de uma chama
piloto ou centelha.
-
Para que uma mistura dentro do campo de inflamabilidade (LEL e UEL) venha a
se inflamar, é necessária que esteja presente uma condição de ignição, como uma faísca
gerada por atrito ou eletricidade, chama ou temperatura acima do limite mínimo de
auto-ignição. As temperaturas mínimas de auto-ignição para os gases combustíveis mais
comuns, na pressão atmosférica, podem ser observadas na tabela a seguir:
Tabela 5.1.6 - Temperatura mínima de Auto-Ignição
Gás
Ar
Oxigênio puro
Gás Natural**
580ºC
555ºC
GLP
420º - 480ºC (*)
285º - 470ºC (*)
Hidrogênio
570ºC
560ºC
Acetileno
305ºC
296ºC
Fonte: www.krona.srv.br
(*) Varia segundo a composição.
(**) As temperaturas do Gás Natural são as mesmas para o CH4
Isso significa que uma mistura de um gás combustível com um comburente poderá
se inflamar, apenas por estar submetida a uma temperatura a partir dos valores indicados
na tabela acima, sem a necessidade de uma centelha ou chama aberta.
A explosão pode ser representada simbolicamente pelo triângulo do fogo, como
mostrado anteriormente, cujos lados correspondem aos elementos que constituem o
fogo ou a explosão.
O gás de aterro pode formar uma mistura explosiva quando combinado com o
oxigênio em certas proporções.
A Figura 5.1.2 mostra a exibição de caminhos potenciais para o gás de aterro.
Fonte: ATSDR, 2005.
Figura 5.1.2 – Exibição de Caminhos Potenciais do Gás de Aterro
As seguintes condições do gás no aterro devem ser satisfeitas (landfill gás) para
que se haja risco de explosão:
a) Produção de gás: O aterro deve estar produzindo gás, e este gás deve conter
compostos químicos que devem estar presentes em quantidade suficiente para
levar à explosão.
b) Migração de gás: O gás deve estar apto a migrar pelo aterro. Tubos enterrados
ou a geologia natural subsuperfícial podem prover caminhos preferenciais para o
gás. Os sistemas de coleta e tratamento dos gases, se operado corretamente,
reduz a quantidade de gás que é capaz de escapar para fora do aterro.
c) Gás coletado em um espaço confinado: O gás deve estar concentrado em um
espaço confinado no qual pudesse, potencialmente, explodir. Um espaço
confinado pode ser: um buraco, um recinto residencial, ou um porão. A
concentração pra qual o gás tem potencial para explodir é definido em termos de
limites de explosividade inferior e superior (LEL – Lower Explosive Limit e
UEL – Uper Explosive Limit), como definido abaixo:
5.1.4.1 - Limites de Explosividade Inferior e Superior (LEL e UEL)
O nível de concentração pra qual o gás tem potencial para explodir é chamado de
limite de explosividade. O potencial para um gás explodir é determinado pelo limite de
explosividade inferior (LEL) e limite de explosividade superior (UEL). O LEL e UEL
são medidas de porcentagem de um gás no ar em volume. Para concentrações abaixo do
LEL e acima do UEL, o gás é considerado não explosivo. Contudo, um risco de
explosão pode existir se o gás estiver presente no ar entre o LEL e UEL mediante a
presença de uma fonte de ignição.
5.1.4.2 - Explosões de gás de aterro
Embora as explosões de gás de aterro sejam de modo algum comuns, o número de
incidentes conhecidos ou suspeitos de terem sido causados pelas explosões de gás de
aterro é documentado.
Acidentes documentados devido à explosão do gás de aterro
Em 1999, uma menina de oito anos sofreu queimaduras em seus braços e pernas
quando brincava em um playground de Atlanta. A área foi, segundo a notícia, usada
como um depósito de lixo ilegal há muitos anos atrás. (Jornal-Constituição de Atlanta
1999);
Em 1994, durante um jogo de futebol em um parque construído sobre um aterro
em Charlotte, Carolina do Norte, uma mulher foi seriamente queimada pela explosão de
gás metano. (Observado em Charlotte 1994);
Em 1987, a migração do gás para fora da área do aterro é suspeito de ter causado a
explosão de uma residência em Pittsburg, Pensylvania. (EPA, 1991);
Em 1984, o gás de aterro migrou e destruiu uma casa perto do aterro em Akron,
Ohio. Dez casas foram temporariamente evacuadas. (EPA, 1991);
Em 1983, uma explosão destruiu uma residência do outro lado da rua afastada do
aterro em Cincinnati, Ohio. Ferimentos menores foram relatados. (EPA, 1991);
Em 1975, em Sheridan, Colorado, o gás de aterro ficou acumulado na tubulação
de drenagem de águas pluviais que corria através do aterro. A ocorrência de uma
explosão aconteceu quando várias crianças brincavam dentro da tubulação com uma
vela acesa, resultando em sérios ferimentos em todas as crianças.
Em 1969, O gás metano migrou de um aterro adjacente pra dentro de um porão
fechado em Winston-Salem, Carolina do Norte. A causa da explosão do gás foi um
cigarro aceso, ocasionando a morte de três homens e ferindo seriamente outros cinco.
5.1.4.3 - Faixas de gases que podem causar perigo de explosão
Metano: O metano é um dos constituintes do gás de aterro que provavelmente causa o
maior perigo de explosão. O gás metano é explosivo entre o LEL de 5% em volume e
UEL de 15% em volume. As concentrações de metano dentro do aterro são
tipicamente 50% (muito mais alta do que o UEL), tornando improvável a explosão do
metano dentro dos limites do aterro. Enquanto o metano migra e é diluído, a mistura
de gás metano (CH4) pode estar em níveis de explosão. Além disso, o oxigênio é uma
componente chave para iniciar uma explosão, mas o processo biológico que produz
metano necessita de um ambiente anaeróbio, ou seja, um ambiente ausente de
oxigênio. À superfície do aterro, o oxigênio presente é suficiente para iniciar uma
explosão, mas o gás metano usualmente difunde-se no ar ambiente em concentrações
abaixo de 5% de LEL Dentro desta condição em causar perigo de explosão, o metano
pode migrar para fora do aterro e está presente entre LEL E UEL.
Outros gases de aterro: Outros constituintes do gás de aterro são inflamáveis (e.g.,
amônia, sulfeto de hidrogênio, e NMOCs – Compostos Orgânicos Não-Metano).
Entretanto, por ser improvável que estes gases estejam em concentrações acima do
LEL, raramente causam perigos de explosão como gases individuais. Por exemplo, o
benzeno (um MNOC que pode ser encontrado no gás de aterro) é explosivo entre o
LEL de 1,2% e UEL de 7,8%. Todavia, concentrações de benzeno no gás de aterro são
muito improváveis de alcançar estes níveis. Se o benzeno for detectado no gás de
aterro em uma concentração de 2 ppb (ou 0,0000002% por volume de ar), então o
benzeno teria de ser coletado em um espaço fechado a uma concentração 6 milhões de
vezes maior que a concentração encontrada no gás de aterro para causar um perigo de
explosão.
A Tabela 5.1.7 mostra o potencial de perigos de explosão causados pelos
constituintes importantes do gás de aterro. Ressalta-se que o metano é o mais provável
constituinte do gás de aterro que pode levar a um risco de explosão. Outros constituintes
presentes no gás de aterro estão, improvavelmente, em concentrações bastante altas para
causar um perigo de explosão.
Tabela 5.1.7 – Potencial de perigo de explosão de componentes comuns do gás de aterro
COMPONENTE
POTENCIAL CAUSADOR DE RISCO DE EXPLOSÃO
É altamente explosivo quando misturado com o ar em
um volume entre 5% de LEL e 15% de UEL. Para
concentrações abaixo de 5% e acima de 15%, o
Metano (CH4)
metano não é inflamável. Para alguns aterros, o
metano pode ser produzido em quantidades suficientes
para coleta no aterro ou estruturas próximas em níveis
de explosão.
Dióxido de Carbono (CO2)
Não é inflamável ou explosivo.
Nitrogênio (N2)
Não é inflamável ou explosivo.
Oxigênio (O2)
Não é inflamável, porém para iniciar explosões é
necessário o oxigênio.
É inflamável. O LEL é 15% e o UEL é 28%. Contudo,
Amônia (NH3)
é improvável à coleta da amônia em uma concentração
bastante alta, por trazer um perigo de explosão.
Potencial de perigos de explosão varia pela química do
componente. Por exemplo, o LEL do benzeno é 1,2% e
NMOCs (Compostos Orgânicos
o UEL é 7,8%. Contudo, o benzeno e outros NMOCs
Não Metano)
sozinhos são improváveis de serem coletados em
concentrações altas o bastante para trazer perigos de
explosão.
Este tipo de gás é inflamável. O LEL é 4% e o UEL é
Sulfeto de Hidrogênio ou Gás
44%. Contudo, em muitos aterros, é improvável de ser
Sulfídrico (H2S)
coletado em concentrações altas o bastante para trazer
perigos de explosão.
Fonte: ATSDR, 2005.
5.1.4.4 - Avaliação de perigo de explosão causado por um aterro
Para se avaliar, utiliza-se o checklist, que pode ajudar a determinar se um aterro
pode trazer um perigo de explosão. Se sua evolução identifica o potencial de uma
explosão, ações severas devem ser tomadas para prevenir que algum dano atinja a
comunidade. Medidas e controles para prevenir de perigos de explosão são tomados
como ações de segurança e saúde pública.
CHECKLIST – Perigo de explosividade do gás de aterro
Sim
Não
O aterro está produzindo gás? Caso afirmativo, quanto?
Porque o metano e o dióxido de carbono são os principais componentes do gás de
aterro e são compostos químicos que não possuem odor e cor, sendo necessário
dados de monitoramento para responder esta questão.
Existe um sistema de coleta de gás de aterro no local?
O sistema de coleta reduz os níveis de migração de gás pra fora do aterro nas áreas
envolta.
Está migrando gás pra fora do aterro?
O monitoramento de dados fora da área pode ser necessário para responder esta
questão.
Se o gás está migrando para fora do aterro e estruturas são alcançadas, há
locais para coletar gás?
O escapamento incontrolado de gás para fora de um aterro pode migrar para
estruturas sobre este mesmo aterro ou para área do entorno. Contudo, quanto mais
afastada do aterro encontra-se esta estrutura, mas improvável torna-se a migração
dos gases em concentração alta o suficiente para trazer perigo de explosão. Os
lugares mais comuns para coletar gases são porões, espaços rastejantes, ou portos de
serviços público enterrados na entrada. Residências com porões, especialmente
aqueles com tubos ou rachadura no porão que permitiria a entrada do gás, são os
lugares mais prováveis para coletar gás.
É coletado o gás em concentrações que são bastante altas para trazer perigo de
explosão?
O monitoramento de dados é necessário para responder esta questão. Precauções
seriam usadas em selecionar o equipamento de amostragem para garantir que uma
fonte de ignição não tenha sido introduzida na área.
Há alguma fonte de ignição?
Os gases podem ser inflamados por muitas fontes diferentes, por tal fornalha no
porão ou por uma chama piloto do fogão a gás. Outras fontes podem incluir velas,
palitos de fósforos, cigarros, ou uma faísca. Por existirem diversas fontes de ignição,
é mais seguro supor que o potencial para uma fonte de ignição está sempre presente.
Fonte: ATSDR, 2005.
5.2 - Geração de Gás (Landfill Gas) e Fatores de Geração
O LFG é gerado como resultado de processos físicos, químicos e microbiológicos
que ocorrem dentro do resíduo. Os processos microbiológicos governam o processo de
geração do gás devido à natureza orgânica da maioria dos resíduos (Christensen, 1989).
Esses processos são sensíveis ao meio-ambiente e, portanto, há numerosas condições
naturais e antrópicas que afetarão a população microbiológica e, dessa forma, a taxa de
produção do LFG. Estudos de curto prazo feitos em aterros de tamanho grande, usando
dados de testes de produção de LFG, indicam uma amplitude de produção de LFG entre
0,05 e 0,40 m3 de LFG por quilograma de resíduo instalado colocado num aterro (Ham,
1989). A massa de resíduo é responsável por tanto os materiais sólidos (75-80% da
massa) quanto à umidade (20-25% da massa). Esta porcentagem é uma função do
conteúdo orgânico do resíduo que é colocado no aterro. Esta quantidade de valores de
produção de LFG pode à primeira vista não parecer grande. No entanto, usando a
população base na LAC e o valor de combustível do LFG, a quantidade anual do
combustível de LFG é equivalente a dezenas de milhões de metros cúbicos de gás
natural cada ano. O típico gás natural apropriado a gasoduto tem aproximadamente o
dobro do valor de aquecimento ou conteúdo de combustível de um LFG típico.
A composição de resíduo é o fator mais importante na avaliação do potencial de
geração de LFG de um local. O volume potencial máximo de LFG é dependente da
quantidade e do tipo de conteúdo orgânico dentro da massa de lixo (Environment
Canadá, 1996) uma vez que os resíduos orgânicos em decomposição é a fonte de todo o
LFG produzido. Outros fatores que influenciam a taxa de produção de LFG incluem
teor de umidade; conteúdo dos nutrientes; conteúdo de bactéria; nível de pH;
temperatura; e os planos de operação e projeto específicos ao local. Os resíduos
produzidos na LAC têm tipicamente teor de umidade e material orgânico mais alto do
que a maioria dos resíduos norte-americano ou europeu e, portanto, se esperaria que
gerassem LFG a taxas mais altas ou equivalentes.
A umidade é o fator limitante primordial na taxa de decomposição de resíduo
(McBean et al., 1995; Reinhart, 1996). As condições de umidade dentro do aterro estão
associadas a muitos fatores. Os aterros são tipicamente construídos e enchidos em
padrão de camada seqüencial. Este fator é importante na compreensão de como a
umidade se move para dentro e através do resíduo. O efeito de camada tende a resultar
em características de fluxo substancialmente diferentes para o movimento de chorume e
infiltração de água no aterro. O controle do teor de umidade e de outros fatores que
influenciam a população microbiológica que produz o LFG pode ter um grande impacto
na porcentagem do LFG total potencial que é produzido, e a taxa em que é produzido. É
possível controlar de alguma forma a taxa de produção de LFG por meio de sistemas de
manejo de lixo. Aterros sanitários convencionais, como praticado na América do Norte
nas décadas de 1970 e 1980, geralmente é referido como tumbas secas porque o
enfoque assumido em seu projeto foi minimizar a água que contata o resíduo com o
intuito de minimizar incursões do chorume resultante para dentro do lençol freático. No
entanto, esta prática também limita a taxa de atividade anaeróbica dentro do lixo. A
tendência atual é no sentido de sistemas de Tecnologia de Biodigestor de Aterro
Sanitário (LBT-Landfill Bioreactor Technology), que aumentam o volume de água em
contato com o lixo, para rapidamente estabilizar os resíduos. Esta técnica pode produzir
grandes taxas iniciais de geração de LFG ao mesmo tempo em que diminui agudamente
a sua taxa de geração depois de alguns anos.
Para o objetivo de uma caracterização de local inicial, a produção de LFG pode ser
simplificada como uma função do tamanho e idade do volume de resíduo, tipo de
resíduo e conteúdo de umidade. O volume dos gases de estufa liberados é diretamente
proporcional ao potencial de geração de LFG. É também relevante a outros impactos
potenciais como queixas de mau cheiro e situações de perigo. Em geral, quanto mais gás
for produzido, é mais alta a probabilidade de que questões de saúde, segurança e
incômodo odorífero serão levantadas, e igualmente importantes, que exista utilização de
LFG economicamente viável.
A Figura 5.2.a proporciona um método de caracterização de um local com base em
seu potencial de produção de LFG. O primeiro passo é determinar o fator de ajuste na
tonelagem com base na composição de resíduo. Este fator de correção dá conta da
proporção de resíduos inertes no aterro, que não produzirão LFG, e a proporção de
resíduos industriais, comerciais e/ou institucionais (ICI) no aterro que produzirão menos
LFG do que resíduos domésticos típicos. O fator de ajuste é determinado a partir de um
diagrama triangular mostrado na Figura 5.2.a com base na proporção de tipos de
resíduos que existam ou serão aceitos no aterro. A capacidade de aterro é multiplicada
pelo fator de ajuste de tonelagem para determinar a capacidade de local ajustada.
Fonte: MAUAL DE PREPARAÇÃO DE GÁS DE ATERRO PARA PROJETOS DE ENERGIA (BANCO MUNDIAL).
Figura 5.2.a - CARACTERIZAÇÃO PRELIMINAR DO LFG LOCAL.
O aterro é então classificado como seco ou molhado. Um aterro seco terá uma
decomposição mais lenta do que um aterro molhado, o que acarreta em taxa de
produção de LFG mais baixa, e o tempo de produção mais demorado. Alguns dos
fatores que influenciam o teor de umidade de um aterro incluem a precipitação e a
temperatura no local, tipo de cobertura de aterro, condição de cobertura (isto é,
irregular, íntegra), tipo de sistema de coleta de chorume, e tipo de base de aterro ou
alinhamento natural. A classificação do local como seco ou molhado é principalmente
uma função da quantidade de precipitação que se infiltra na massa de lixo. Um enfoque
conservador para classificar um local como molhado ou seco se baseia na média anual
das precipitações. Um aterro em que uma porção significativa do resíduo esteja
localizada dentro de um nível de lençol freático/chorume deveria ser considerado
também como um local molhado. Para discussão geral, locais situados em áreas com
menos de 500 mm/ano serão classificados como locais relativamente secos, mais de 500
e menos do que 1000 mm/ano como locais relativamente molhados, e locais situados
em áreas com mais de 1000 mm/ano como locais molhados. Na América Latina e
Caribe (LAC), a maioria dos aterros é considerada como local relativamente molhado
ou totalmente molhado. Discussão mais aprofundada sobre a importância deste aspecto
relacionado aos locais da LAC será proporcionada com o debate sobre modelagem e as
designações de parâmetros aplicáveis.
A capacidade de local ajustada está localizada no eixo esquerdo da tabela de
aterro úmido ou seco. Isto enfoca o efeito que o tamanho do local (pequeno, médio,
grande) tem na produção de gás. O status atual do enchimento do local está situado no
eixo de baixo. Isto é definido como a porcentagem com que o local é preenchido ou o
número de anos desde o fechamento do local. Isso enfoca a idade do local.
A produção de LFG é determinada pela interseção da capacidade do local
ajustada e a condição atual de preenchimento. A produção de LFG é categorizada como
“alta”, “media” ou “baixa”. Cada categoria é delineada por números que indicam um
nível crescente de severidade dentro da categoria. A produção máxima de LFG ocorre
tipicamente dentro de dois anos de fechamento do local se o local tiver tido um
cronograma de enchimento anual bastante uniforme. É importante considerar o
potencial de produção futura de LFG na avaliação e planejamento da necessidade de
controles de LFG. A Figura 5.3.a demonstra que a produção de LFG de um local
aumenta à medida que ele é preenchido e, daí, lentamente declina depois do fechamento
do local.
Outros assuntos relacionados à produção de LFG, que são de preocupação,
incluem o perigo de migração subsuperficial do LFG e o impacto do LFG sobre a
qualidade do ar.
Os fatores primários que influenciam a distância com que o gás migra desde os
resíduos até os solos adjacentes são a permeabilidade do solo adjacente ao aterro e o
tipo de cobertura de superfície de terra ao redor do aterro. Geralmente, quanto maior for
à permeabilidade do solo adjacente ao aterro, maior será à distância de migração
possível. O conteúdo de água do solo tem um efeito importante em sua permeabilidade
com respeito ao fluxo de LFG. À medida que o conteúdo de água aumenta, há uma
transmissibilidade efetiva de solo ou resíduo para o fluxo de gás que diminui. Além
disso, o tipo de cobertura de superfície afeta a ventilação do LFG que pode escapar para
a atmosfera. Superfícies congeladas ou pavimentadas limitam a ventilação de gás para a
atmosfera e, portanto, aumentam a distancia de migração potencial. Um alinhamento do
aterro pode reduzir grandemente o potencial para a migração de subsuperfície. A
presença de solos heterogêneos ao redor do local ou esgotos e outro serviço de utilidade
enterrado aumentarão a distância de migração potencial ao longo desses corredores. O
LFG pode migrar a uma distancia significativa a partir do aterro em esgotos ou leito de
esgoto. A avaliação do potencial para migração subsuperficial a partir de um local deve
considerar esses fatores.
Os determinantes primários de impactos de qualidade de ar são as quantidades de
LFG emitida para a atmosfera, a concentração de compostos gasosos no LFG, a
proximidade do receptor do aterro e as condições meteorológicas.
5.2.1 - Fatores que afetam a Geração de Gás
A capacidade de um aterro gerar gás vai depender de muitos fatores, incluindo a
composição dos resíduos, umidade de constituição, tamanho das partículas, a idade do
resíduo, pH, temperatura, e outros. A decomposição e produção de gás pode ocorrer,
teoricamente, por mais de 30 à 100 anos, mas na prática, ocorrem em num nível elevado
por um período de tempo bastante curto (McBean et al., 1995; EMCON, 1998). Os
fatores que afetam a geração de gás são descritos a seguir (modificado por EMCON,
1998; e McBean et al. 1995).
Composição do resíduo
A maioria dos resíduos residenciais e comerciais dispostos em um aterro de
resíduo sólido municipal são decompostos. O resto que sobra consiste de vários
materiais inertes tal como o concreto, cinza, solo, metais, plásticos e outros materiais
não decompostáveis. Quanto mais facilmente é decomposta a fração orgânica do
resíduo, mais acelerada será a taxa de produção de gás no aterro. Resíduos de alimentos
estão incluídos nesta categoria. Deste modo, um alto percentual de resíduos de alimento
no aterro provavelmente conduzirá em uma acelerada taxa de geração de gás. Alguns
resíduos decompostáveis, tais como pedaços grandes de madeira, que não são inertes,
mas se decompõem lentamente, na prática, não contribuem significantemente com a
geração de gás.
Umidade de constituição do resíduo
Em muitos aterros, depois da composição gravimétrica dos resíduos, o teor de
umidade é o fator mais significante para a taxa de produção de gás no aterro. Quanto
maior o teor de umidade, maior será a taxa de produção de gás. O teor de umidade em
um aterro convencional mudará ao longo do tempo. Alterações no teor de umidade do
aterro podem resultar em mudanças na infiltração de águas superficiais e/ou influxo de
águas subterrâneas, liberação de água como resultado da decomposição dos resíduos, e
variações sazonais do teor de umidade dos resíduos. Teoricamente, a condição ideal
para a geração de gás é a total saturação do resíduo. Por outro lado, se o resíduo
estivesse saturado, a extração de gás de aterro seria extremamente difícil, se não
impossível.
Tamanho das partículas
Quanto menor a unidade ou partícula do resíduo disposto, maior será a área da
superfície específica. A partícula de resíduo com uma área superficial maior decomporá
mais rapidamente do que uma partícula com uma área menor. Por exemplo, a
decomposição de um tronco de madeira ocorrerá muito mais rápida se este for cortado
em pedaços menores do que se for disposto inteiro. Por essa razão, um aterro que aceita
pedaços de resíduo terá uma taxa de decomposição mais rápida e completa (i.e., rápida
taxa de geração de gás) do que um aterro que recebe somente resíduos inteiros.
Idade do resíduo
A geração de gás (metano) num aterro possui duas variáveis dependentes do
tempo: tempo de atraso e tempo de conversão. O tempo de atraso (retardo) é o período
que vai da disposição dos resíduos até o início da geração do metano (início da Fase
III). Tempo de conversão é o período que vai da disposição dos resíduos até o final da
geração do metano (final da Fase V). Por exemplo, os resíduos de jardim têm os tempos
de atraso e conversão menores, enquanto que o couro e o plástico possuem tempos de
atraso e conversão maiores.
pH
A faixa de pH ótimo para a maioria das bactérias anaeróbias é 6,7 a 7,5 ou
próximo do neutro [i.e., pH = 7,0] (McBean et al., 1995). Dentro da faixa ótima de pH,
a metanogênises aumenta para uma taxa elevada de tal modo que à produção de metano
é maximizada. Fora da faixa ótima – um pH abaixo de 6 ou acima de 8 – a produção de
metano fica estritamente limitada. A maioria dos aterros tende ter ambientes levemente
ácidos.
Temperatura
As condições de temperatura de um aterro influenciam os tipos de bactérias
predominantes e o nível de produção de gás. A faixa ótima de temperatura para bactéria
mesofílica é 30 a 35ºC (86 a 95ºF), enquanto que para as bactérias termofílicas é 45 a
65ºC (113 a 149ºF). As temófilas geralmente produzem altas taxas de geração de gás;
contudo, a maior parte dos aterros ocorre na faixa das mesófilas. As máximas
temperaturas do aterro frequentemente são alcançadas dentro de 45 dias após a
disposição dos resíduos como um resultado da atividade aeróbia microbiológica. Então
diminui a temperatura do aterro uma vez desenvolvida as condições anaeróbias.
Grandes flutuações de temperaturas são típicas nas camadas superficiais de um aterro
como um resultado de mudanças na temperatura de ar ambiente. Os resíduos dispostos a
uma profundidade de 15 m (50 ft) ou mais não sofrem a influência da temperatura
externa. Temperaturas tão altas quanto 70ºC (185ºF) têm sido observadas (McBean et
al., 1985). Elevadas temperaturas de gás dentro de um aterro são o resultado da
atividade biológica. As temperaturas típicas do gás produzido num aterro variam,
tipicamente, entre 30 a 60ºC (86 a 140ºF) (EMCON, 1980 e 1981). A atividade
metanogênica é severamente limitada para temperaturas abaixo de 15ºC (59ºF), ao
passo que sua atividade ótima varia na faixa de 30 a 40ºC (86 a 104ºF) (McBean et al.,
1995). Por outro dado, as temperaturas no liner encontram-se na faixa de 20 a 25ºC (68
a 77ºF), atentando para o fato de que o calor aumenta dentro da massa de resíduo (G. R.
Koerner et al., 1996).
Outros Fatores
Outros fatores que podem influenciar a taxa de geração de gás são os nutrientes,
bactérias, potencial oxidação-redução, densidade da produção gás, compactação dos
resíduos, dimensões do aterro (área e profundidade), operação do aterro e
processamento de resíduos variáveis.
5.2.2 - A Decomposição Biológica e Fases de Produção de Gás
A reação química geral para a decomposição anaeróbia de resíduos pode ser
descrita da seguinte maneira (Tchobanoglous et al, 1994):
Bactéria
Matéria orgânica + H 2O → Matéria orgânica + CH 4 + CO2 + Outros gases
(resíduos sólidos )
bio deg radável
Ressalta-se que a reação necessita da presença de água. Existem aterros que
carecem de umidade, levando a uma condição de paralisação da decomposição. Nestas
condições de baixa umidade, estudos mostraram que até mesmo um jornal pode ser
encontrado em condições legíveis (Tchobanoglous et al, 1994).
Observa-se também que a quantidade total de gás produzida a partir da
decomposição dos resíduos sólidos é derivada de uma reação estequiométrica.
Deste modo, pode-se verificar que as condições hidrogeológicas locais afetam
significativamente a velocidade e o período de tempo de produção de gás.
Segundo Tchobanoglous et al. (1994), o volume dos gases emitidos durante a
decomposição anaeróbia pode ser estimado de várias formas. Por exemplo, se os
constituintes orgânicos individuais encontrados nos resíduos sólidos urbanos (com
exceção de plásticos) são representados, de uma forma geral, pela fórmula CaHbOcNd,
então é possível estimar o volume total de gás produzido utilizando, para tal, a equação
(Eq. A), supondo a conversão completa dos resíduos orgânicos biodegradáveis em CO2
e CH4.
 4a − b − 2c + 3d 
 4a + b − 2c − 3d 
Ca H bOc N d + 
 H 2O → 
CH 4
4
8




 4a − b + 2c + 3d 
+
CO2 + dNH 3
8


(5.2.1)
A decomposição dos resíduos sólidos, que está relacionada com a produção de gás
em aterros pode ser dividida em 4 ou 5 fases, dependendo do autor (ASTD, 2005 ou
USEPA, 2004).
Na Figura 5.2.b, pode ser visto um exemplo de divisão em 4 fases.
Anaeróbia
Aeróbia
FASE
II
FASE III
FASE IV
Composição do Gás (% em volume)
FASE I
Duração das Fases variando com o tempo.
Fonte: EPA 1997
Figura 5.2.b – Fases de geração de gases variando com o tempo
Fase I – Durante a primeira fase de decomposição, bactérias aeróbias (bactérias que
vivem na presença de oxigênio), consomem oxigênio enquanto metabolizam as cadeias
de carboidratos complexos, proteínas, e lipídios que estão contidos nos resíduos
orgânicos. O primeiro produto que vem deste processo é o dióxido de carbono. O
conteúdo de nitrogênio é maior no início desta fase, mas começa a decair a medida em
que o processo vai transcorrendo. A Fase I continua até que não haja mais o oxigênio
disponível, ou este seja reduzido. A Fase I de decomposição pode levar dias ou meses,
dependendo da quantidade de oxigênio que está presente quando o resíduo é depositado
no aterro. A quantidade de oxigênio disponível dependerá da maneira como o resíduo
foi depositado e se houve ou não compactação.
Fase II - Inicia-se após o oxigênio tiver sido consumido. Usando o processo anaeróbio
(um processo que não requer oxigênio), as bactérias convertem os compostos criados
pelas bactérias aeróbias em ácido acético, lático, fórmico, e álcool tais como metano e
etanol. O aterro se torna altamente ácido. Como os ácidos se misturam com a umidade
presente no aterro, esses ácidos causam a dissolução de nutrientes, liberando nitrogênio
e fósforo disponível para o crescimento de diversas espécies de bactérias no aterro. Os
gases produzidos neste processo são hidrogênio e dióxido de carbono. Se o aterro é
revirado ou se o oxigênio é introduzido de alguma maneira no aterro, os processos
microbiológicos retornarão a Fase I.
Fase III – Inicia-se quando certas espécies de bactérias consomem os ácidos
produzidos na Fase II e forma o acetato, um ácido orgânico. Este processo vem causar
ao aterro um ambiente mais neutro em que as bactérias produtoras de metano começam
a se estabelecer. As bactérias metanogênicas e as bactérias acidogênicas são
simbióticas, ou apresentam mutualismo positivo. As bactérias acidogênicas criam
compostos para as bactérias metanogênicas consumirem. As bactérias metanogênicas
consomem o carbono e o acetato que são tóxicos para a maioria das bactérias
acidogênicas.
Fase IV – Começa quando ambas as taxas de composição e produção de gás no aterro
se mantêm relativamente constante. Usualmente a Fase IV de produção de gás contém,
aproximadamente, em volume, 45% a 60% de metano, 40% a 60% de dióxido de
carbono, e 2% a 9% de outros gases, tal como os gases sulfídricos. Um resíduo que é
disposto num aterro é capaz de emitir gás por 50 anos ou mais, entretanto um aterro ao
atingir a Fase IV, é capaz de produzir gás a uma taxa constante por mais de 20 anos
(ASTD, 2005 apud Crawford e Smith, 1985).
Quando a decomposição é dividida em 5 fases seqüenciais, como pode ser visto na
Figura 5.2.c, verifica-se que estas fases podem ser classificadas em:
COD, g/l
TVA, g/l
Composição do gás em % de volume
Incremento de produção de gás, m3
Estabilização, tempo em dias.
Figura 5.2.c – Fases geradas na geração de gases de aterro (modificado por Kreith, 1994)
Fase I (Fase de ajuste inicial) – Inicia-se a deposição do resíduo e o acúmulo de
umidade. Bactérias presentes nos resíduos começam a se aclimatar ao ambiente do
aterro. Com a abundância de substrato e nutrientes aproveitáveis, microorganismos
aeróbios começam a degradar os resíduos, produzindo água, dióxido de carbono, ácidos
orgânicos, e minerais inorgânicos. A decomposição aeróbia é mantida pelo oxigênio
contido na massa de resíduo. Devido a Fase I ser relativamente curta, e compreender a
decomposição aeróbia, esta Fase é algumas vezes associada com a Fase II, sendo
reportadas conjuntamente como Fase aeróbia.
Fase II (Fase de transição) – Nesta fase o oxigênio contido no aterro começa a se
esgotar e o ambiente do aterro começa a mudar de um ambiente aeróbio para um
anaeróbio. Já que a quantidade de oxigênio aprisionada é limitada, esta é uma Fase
relativamente curta (i.e., dura de alguns dias a alguns meses). Assim que o oxigênio é
reduzido, é estabelecida uma condição redutora. Há a troca dos aceptores de elétrons do
oxigênio para os nitratos e sulfatos. A redução destas últimas moléculas, sempre
produzirá nitrogênio e sulfeto de hidrogênio/gás sulfídrico. Somando-se a isso, o nível
de dióxido de carbono começa a aumentar causando a formação de ácido carbônico e a
diminuição de pH do chorume para a faixa ácida. As temperaturas do resíduo são mais
quentes durante esta Fase, alcançando 54 a 71ºC.
Fase III (Fase ácida) – Nesta Fase o resíduo é degradado anaerobicamente. A primeira
perda é por hidrólise, na qual moléculas orgânicas maiores são convertidas em menores,
e moléculas solúveis e hidrogênio são produzidos. As bactérias acidogênicas convertem
então os compostos hidrolisados em ácidos orgânicos voláteis (VOAs). Os ácidos, por
sua vez, causam uma mudança no pH (e.g., de 5,5 para 6,5) aumentando as
concentrações de metais pesados no chorume. A biomassa disponível que cresce
associada às bactérias metanogênicas, e o rápido consumo de substratos e nutrientes são
uma característica predominante desta Fase. O primeiro gás formado nesta Fase é o
dióxido de carbono.
Fase IV (Fase de fermentação do metano) – Nesta Fase os VOAs e o hidrogênio
produzidos na Fase acidogênica são convertidos a metano pelas bactérias
metanogênicas. Tanto a produção de ácidos quanto a fermentação do metano ocorrem
durante esta fase, contudo a fermentação do metano é predominante. As mais altas taxas
de geração de gás ocorrem durante esta fase. A medida em que os VOAs são utilizados,
o pH do chorume aumenta a valores próximos ao neutro (e.g., de 6,8 para 8,0) e as
concentrações de metais pesados diminuem. Sulfatos e nitratos são reduzidos para
sulfetos e amônia. As temperaturas dos gases caem nesta fase para valores por volta de
38 a 54ºC. A produção de gás provavelmente começa a diminuir quando valores
menores que o menor valor da faixa de temperatura é atingido.
Foi descrito por USEPA (2004 apud Hutric e Soni, 1997), em um estudo
experimental em digestor de RSU, que a taxa de geração de gás é máxima para duas
temperaturas: de aproximadamente 40ºC, quando as bactérias mesofílicas estão
presentes, e entre 55 e 60ºC, quando as bactérias termofílicas estão presentes. Para
temperaturas abaixo de 40ºC as taxas de geração de gás diminuem rapidamente com o
decréscimo de temperatura.
Fase V (Fase de maturação) – Houve a maturação do aterro e o material de rápida
biodegradabilidade encontra-se estabilizado (i.e., foram convertidos para metano ou
dióxido de carbono). A biodegradação é limitada pela falta de substratos facilmente
biodegradados e nutrientes, logo a atividade biológica reduz. A taxa de produção de gás,
consequentemente, também decresce. Ambos os gases dióxido de carbono e metano são
produzidos, porém em taxas menores do que na Fase IV. Na última parte desta fase, o
aterro pode retornar a condição aeróbica, com condição oxidante, e pequenas
quantidades dos gases oxigênio e nitrogênio que podem surgir.
Visto que os aterros são heterogêneos e todo resíduo não é colocado ao mesmo
tempo, as Fases descritas acima ocorrem simultaneamente em diferentes áreas e
profundidades de um aterro ativo ou recentemente fechado. A separação entre Fases é
freqüentemente mascarada quando um aterro está ativo e resíduos novos são
adicionadas aos pré-existentes. Após o fechamento do aterro, e devido à presença de
resíduos em diferentes fases de degradação, este tende a ser impulsionado para a Fase
IV, mantendo-se nesta fase por um logo período de tempo.
A taxa de degradação dos resíduos é controlada pela quantidade, pelos tipos de
materiais degradáveis, pela temperatura, pela umidade presente, e por outros fatores.
Resíduos de alimentos podem degradar cinco vezes mais rápido do que resíduo de
jardim, quinze vezes mais rápido do que resíduo de papel, e cinqüenta vezes mais rápido
do que madeira ou couro (USEPA, 2004). Com o aumento inicial da temperatura,
devido à liberação de calor durante a degradação aeróbia, há o aumento da degradação
(aumento da taxa de reação). Com há perda de calor pelos resíduos para o ambiente, há
o decréscimo de temperatura ao longo tempo. Em aterros profundos, este calor é mais
bem mantido, fazendo com que a degradação seja mais rápida nestes aterros do que em
aterros rasos. A água que é produzida no processo de biodegradação aeróbia é utilizada
pelo processo de biodegradação anaeróbia. Em adição, a água que se movimenta através
de um aterro ajuda a misturar as enzimas, bactérias, e substratos. O nível de umidade
requerido pelas bactérias metanogênicas é muito baixo. Isto ocorre porque a geração de
gás acontece nas condições de menor umidade (USEPA, 2004 apud Mc Bean et al.,
1995).
Embora o teor de umidade seja considerado um importante fator para a emissão de
gás, existe muita variação nos níveis de emissão de local para local. Tipicamente se diz
que emissões de gás em regiões mais áridas ocorrem durante um período mais longo de
tempo do que em áreas com temperaturas mais amenas. Para aquelas áreas operadas
como um aterro úmido, no qual há adição de chorume ou existem outros líquidos sendo
adicionados, as taxas de emissão de gás são muito mais altas e existe um alto nível de
emissões fugitivas de gás, dependendo de como o líquido é adicionado à área (USEPA,
2004).
5.3 – Importância da Modelagem e Modelos de Produção de Gás
5.3.1-Importância da Modelagem da Geração de LFG e da Avaliação do Potencial
de Recurso LFG Combustível
As modelagens são necessárias para entender três processos que são as emissões
de LFG (o gás é transportado verticalmente através da cobertura ou através do que se
chama migração lateral), a recuperação de biogás mediante sua extração e a oxidação
de metano. Estes três processos são à base dos modelos de extrapolação, que levam a
estimação das emissões regional, nacional e global (Börjesson et al., 2000). Atualmente,
a falta de dados confiáveis tem sido um obstáculo importante nestes esforços. Deste
modo têm sido feitas investigações que possam levar a solução deste problema. Como
exemplo, Bogner e Matthews (1999) que apresentaram um modelo, na qual a
contribuição global de metano foi extrapolada com o consumo de energia per capita,
que era proporcional ao volume de resíduos gerados. Estes cálculos foram limitados por
falta de dados sobre a recuperação de gás, o que atualmente tem faltado nas estatísticas
atuais.
Os principais aspectos para a avaliação do LFG são: Primeiro, calcular a
quantidade de LFG que está sendo produzida num aterro e o segundo, porém mais
importante, será avaliar a proporção do LFG que pode ser razoável e confiável obtida
durante a longa vida de um projeto (acima de 20 anos). Por exemplo, o estudo de caso
brasileiro que abrange dois aterros, o velho lixão aberto de Marambaia e o novo Aterro
Sanitário de Adrianópolis, conhecido como CTR (Central de Tratamento de Resíduos).
O aterro de Marambaia deixou de receber lixo em janeiro de 2003 e tem um total de
aproximadamente 2 milhões de toneladas de resíduos aterrados. O aterro de
Adrianópolis, em Nova Iguaçu, entrou em operação em fevereiro de 2003 e com
previsão de fechamento em 2022. A Figura 5.3.a mostra o aterro de Adrianópolis e
áreas de despejo de aterro existentes e novas.
Fonte: Manual de Preparação de Gás de Aterro para Projetos de Energia (BANCO MUNDIAL)
Figura 5.3.a – Aterro de Adrianópolis em Nova Iguaçu (2003)
A modelagem foi realizada em ambos os aterros para avaliar o volume de LFG
que cada um deve gerar usando o Modelo School Canyon. Os volumes de despejo de
resíduo foram baseados em dados históricos do aterro de Marambaia e os valores
projetados para o aterro de Adrianópolis. Os resultados da modelagem indicam que é
possível coletar LFG no aterro de Marambaia, mas como seria de esperar, a geração de
LFG está atualmente em seu pico e começando um declínio progressivo. O Aterro de
Adrianópolis acabou de abrir e, embora tenha potencial de recuperação de longo prazo,
ainda não esta gerando quantidades significativas de LFG para serem coletadas e
utilizadas. Estes e todos os outros estudos de caso reforçam consistentemente os
benefícios da identificação antecipada e compromisso com o desenvolvimento dos
sistemas de controle de LFG. Caso seja esperado o fechamento de um aterro para tomar
decisão em desenvolver o recurso, pode ser tarde demais. Deveria ser observado
também que pode ser possível coordenar o uso e a transferência de equipamento e
sistemas entre dois aterros sob o controle do mesmo proprietário. À medida que o LFG
em um dos aterros esteja progressivamente diminuindo e o outro aumentando, talvez
seja possível coordenar o uso e transferência de alguns dos recursos e instalações,
presumindo que os arranjos contratuais para o controle de LFG permitam este tipo de
coordenação.
5.3.2 - O Modelo School Canyon e outros modelos de produção de gás
Modelos matemáticos são ferramentas úteis e econômicas para avaliar o potencial
de geração de LFG no local. Os resultados do modelo podem ser usados para avaliar o
potencial para migração/emissões de LFG perigosas, e para avaliar a viabilidade do
projeto de gestão do LFG.
Existem vários modelos disponíveis para calcular a produção de LFG. Todos esses
modelos podem ser usados para desenvolver uma curva de geração de LFG que prediz a
geração de gás por algum tempo. A produção de gás total e a taxa em que os gases são
gerados podem variar um pouco com os diferentes modelos, mas o parâmetro de insumo
mais importante que é comum a todos os modelos é a quantidade do resíduo presumido
passível de decomposição. Os outros parâmetros de insumo podem variar dependendo
do modelo usado e são influenciados por numerosas variáveis, incluindo os fatores que
influenciam a geração de LFG e as incertezas nas informações disponíveis sobre o local,
bem como o manejo da extração de LFG que afeta a geração de LFG ao induzir
qualquer infiltração de ar. Outro fator importante é a quantidade de tempo presumida
entre a colocação do lixo e o começo da decomposição anaeróbia ou fase metanogênica
dentro da massa do lixo. (Augenstein, 1991).
A natureza heterogênea e a variável tempo em todos os aterros dão uma
dificuldade inerente para a coleta de dados acurados de um local sem um grande gasto
no custo corrente. Qualquer modelo de produção é bom somente na medida dos dados
de insumo e freqüentemente há presunções muito amplas necessárias com respeito a
estimar quantidades e tipos de lixo. Portanto, é apropriado usar um modelo simples que
empregue parâmetros menos numerosos que podem ser designados mais razoavelmente
segundo as condições especificas do local. O êxito previsível de qualquer modelo é
dependente na maior parte no grau de certeza necessário, na confiabilidade dos dados de
insumo, na experiência do individuo analisando os dados, e no grau de semelhança entre
o local em questão e outros locais que possam ter sido modelados com sucesso. (Zison,
1990).
Todos os modelos usados para determinar a taxa estimada de produção de LFG do
local deveriam estar sujeitos a uma completa análise da sensibilidade para determinar
uma gama de resultados potenciais e para analisar quais parâmetros têm influência
maior nos valores de produção de LFG. A identificação de parâmetros sensíveis pode
levar à coleta de dados dirigidos e ao melhoramento futuro de previsões de produção de
LFG. Dada à natureza heterogênea das condições dentro do aterro e as limitações típicas
nos dados de insumo que, com maior freqüência, estão disponíveis para um local
candidato, recomenda-se que uma gama de valores e uma avaliação de sensibilidade
possam ser estabelecidas para a avaliação de geração de LFG. Usando os limites
superiores e inferiores de uma geração de LFG versus o perfil de tempo, baseado nas
condições prováveis dentro do aterro, é possível designar valores e insumos de projeto
que são adequados para uso na avaliação do potencial para um local e quaisquer fatores
de risco que possam ser aplicáveis.
Modelos cinéticos de primeira ordem são usados freqüentemente para avaliar a
produção de metano durante a vida de um aterro. Esses modelos são adaptados para
aterros específicos por numerosas presunções sobre condições no aterro. O modelo
empírico que é amplamente aceito, de primeira ordem, da decomposição e usado pela
indústria e por agências reguladoras, inclusive a EPA norte-americana, é o Modelo
School Canyon por ser relativamente simples e objetivo. Este modelo está baseado na
premissa de que há uma fração constante de material biodegradável no aterro por
unidade de tempo. A equação de primeira ordem é dada abaixo:
Q(CH 4 )i = k L0 mi e− k .ti
(5.3.1)
onde:
Q(CH4)i = Metano produzido no ano i a partir da seção i do resíduo;
k = Constante da geração de metano;
L0 = Potencial da geração de metano;
mi = Massa de resíduo despejada no ano i; e
ti = Anos após o fechamento.
É pratica normal presumir que o LFG gerado consiste de 50 % de metano e 50 %
de dióxido de carbono para que o LFG total produzido seja igual a duas vezes a
quantidade de metano calculado a partir da Equação 5.3.1. Esta equação é a base para o
Modelo de Emissões de LFG (LandGEM) do U.S. EPA, que está disponível a partir do
site da Internet da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (U.S.EPA)
(http://www.epa.gov/ttn/atw/landfill/landflpg.html). O Modelo School Canyon prediz a
produção de LFG durante algum tempo como uma função da constante de geração de
LFG (k), do potencial de geração de metano (L0) e dos registros históricos de despejo
de lixo e das projeções do resíduo futuro num aterro. A U.S. EPA designa valores préestabelecidos para cada um desses parâmetros para uma avaliação preliminar
conservadora do aterro. No entanto, esses parâmetros de insumo precisam ser
selecionados com conhecimento das condições de aterro especificas e da localização
geográfica. Na LAC, as diferenças no conteúdo orgânico do lixo, a presença de
umidade, ou o grau ao qual o resíduo é compactado variarão e, na maioria dos casos,
aumentará o potencial para a geração de LFG em relação ao lixo tipicamente encontrado
na América do Norte e na Europa. Este modelo foi selecionado para uso neste Manual
não porque seja o único modelo disponível, ou mesmo o melhor modelo disponível. No
entanto, o Modelo School Canyon: é adequado para o objetivo pretendido; é o modelo
mais comumente empregado e aceito nas Américas do Norte e do Sul; e tem a melhor
base de dados disponível na LAC. O Modelo School Canyon é também simples de se
compreender e aplicar e é, geralmente, aceito por aquelas agências e instituições
financeiras que estão interessadas em apoiar esses tipos de projetos na América do
Norte e na América Latina e Caribe (LAC).
A Figura 5.3.b ilustra a curva de geração de LFG produzida usando o Modelo
School Canyon com os valores pré-estabelecidos da EPA norte-americana (k=0,05 e
L0=170 m3 de metano por tonelada de resíduo) para um aterro com uma taxa de
deposição constante de 500.000 toneladas por ano durante 25 anos (de 1990 a 2015). A
Figura 4.4.b mostra duas curvas, a quantidade total teórica de LFG produzida e o LFG
coletado presumindo uma eficiência de sistema de coleta típica de 75 por cento. Uma
avaliação da geração de LFG cuja premissa é que 75% do combustível possam ser
coletados não é irracional, mas seria considerada relativamente agressiva. Uma
porcentagem de recuperação de 50% do combustível é considerada conservadora e
prontamente atingível, presumindo-se que tanto a caracterização do lixo como o
exercício de modelagem esteja baseado em dados e premissas razoáveis.
A constante taxa de geração de metano (k) representa a taxa de decomposição
biológica de primeira ordem à qual o metano é gerado depois da colocação do resíduo.
Esta constante é influenciada pelo teor de umidade, pela disponibilidade de nutrientes,
pelo pH e pela temperatura. Como mencionado anteriormente, o teor de umidade dentro
de um aterro é um dos parâmetros mais importantes que afetam a taxa de geração de
gás. A umidade serve como um meio para transportarem nutrientes e bactérias. O teor
de umidade dentro de um aterro é influenciado primeiramente pela infiltração da
precipitação através da cobertura do aterro. Outros fatores que afetam o teor de umidade
no aterro e a taxa de geração de gás incluem o teor de umidade inicial do resíduo; a
quantidade e o tipo da cobertura diária usada no aterro; a permeabilidade e o tempo de
colocação da cobertura final; o tipo do alinhamento de base; o sistema de coleta do
chorume; e a profundidade do lixo no aterro. Típicos valores k variam de 0.02 para
aterros secos a 0,07 para aterros molhados. O valor pré-estabelecido usado pela EPA
dos EUA para aterros com mais do que 25 polegadas (625 mm) de precipitação por ano
são de 0,05 (EPA dos EUA, 1994). Este valor se considera que produza uma estimativa
razoável de geração de metano em certas regiões geográficas e sob certas condições de
aterro.
Fonte: Manual de preparação de gás de aterro sanitário para projeto de energia (Banco Mundial)
Figura 5.3. b - Exemplo de curvas de geração de LFG
A tabela a seguir apresenta variações sugeridas e as designações de parâmetros
recomendadas para a taxa constante.
Tabela 5.3.1 - Precipitação anual e Valores de K
Valores k
Precipitação
Anual
Relativamente
inerte
Moderadamente
degradável
Altamente
degradável
<250 mm
0,01
0,02
0,03
>250 e <500 mm
>500 e <1000 mm
>1000 mm
0,01
0,02
0,02
0,03
0,05
0,06
0,05
0,08
0,09
Fonte: Manual para Preparação de Gás de Aterro sanitário para Projetos de Energia, 2004
O potencial de geração de metano (L0) representa a produção total de metano (m3
de metano por tonelada de lixo). O valor de L0 é dependente da composição do resíduo
e, em particular, da fração de matéria orgânica presente. O valor de L0 é estimado com
base no conteúdo de carbono do resíduo, na fração de carbono biodegradável e num
fator de conversão estequiométrico. Valores típicos para este parâmetro variam de 125
m3 de metano/tonelada de resíduo a 310 m3 de metano/tonelada de resíduo. A maior
compactação do resíduo não tem efeito direto no parâmetro de L0. No entanto, a
compactação e a densidade do lixo têm um efeito direto na massa de lixo num dado
volume e, portanto, no potencial de quantidade de LFG que pode ser produzido durante
algum tempo bem como nas características de desempenho dos sistemas que serão
necessários para coletar o LFG.
Tem havido também a percepção de que à medida que aumentam e melhoram os
programas de reciclagem e de compostagem, mais material orgânico, como resíduo de
alimentos e papel, pode ser desviado do aterro, reduzindo a quantidade de LFG
produzida. No entanto, as iniciativas de reciclagem tem tido mais êxito até o momento
na remoção de materiais inorgânicos do fluxo do resíduo, tanto nos paises
desenvolvidos como nos países em desenvolvimento. Como conseqüência, a pratica
típica não tem visto que o valor de L0 aplicável diminua significativamente. A EPA
norte-americana usa um valor pré-estabelecido L0 igual a 170 m3 de metano/ tonelada
de resíduo. (EPA dos EUA, 1994). O usuário do modelo pode aumentar ou diminuir o
L0 para refletir o conhecimento específico da caracterização do lixo com conteúdos
maior ou menor de lixo orgânico. A quantidade (em toneladas) de lixo típico aterrado
num ano particular é representada por “m” na equação do Modelo School Canyon. Em
aterros em que haja bons dados indicando que há uma significativa porção do lixo que é
inerte (não terá decomposição), como entulhos de construção ou de demolição, este
parâmetro poderia ser reduzido para representar somente a quantidade do lixo que não é
inerte. Contudo, em muitos casos há dados insuficientes para se determinar o percentual
do lixo que é inerte.
Só é recomendado que o parâmetro L0 seja reduzido ou a quantidade de lixo
contribuinte seja reduzida se houver dados claros e concisos quantificando o fluxo de
lixo inerte ou relativamente inerte. Como observado anteriormente, o parâmetro L0 já
está bem reduzido desde o valor teórico que refletiria os resíduos orgânicos puro em
reconhecimento do fato de que há umidade e materiais inorgânicos que compõe alguma
parte de qualquer fluxo de lixo. Uma redução específica deveria ser feita somente se
houver uma porção prontamente identificável do lixo que seja diferente do lixo típico
recebido na maior parte dos aterros de resíduos sólidos mistos convencionais. A
designação pré-estabelecida para o L0 já reconhece que há uma mistura de resíduos
orgânicos que podem ser decompostos e de resíduos inorgânicos sendo depositados num
aterro típico. Se houver bons dados em relação às quantidades e tipos de resíduos, pode
ser possível refinar a avaliação de modelagem usando o seguinte como designações de
parâmetros diretrizes para o fator de L0. Seria necessário tornar a avaliação de geração
de LFG global uma soma das curvas geradas para os vários tipos de resíduo.
Tabela 5.3.2 – Valores de L0 sugeridos para o Conteúdo Lixo Orgânico
Categoria do Lixo
Valor Mínimo para L0
(m3/t)
Valor Máximo para L0
(m3/t)
Lixo Relativamente Inerte
5
25
Lixo Moderadamente
Degradável
140
200
Lixo Altamente Degradável
225
300
Fonte: Manual para Preparação de Gás de Aterro sanitário para Projetos de Energia, 2004
5.3.2.1 - Outros Modelos de Produção de Gás
Além do modelo da escola School Canyon existem diversos modelos de produção
de gás que podem ser encontrados na literatura, sendo que alguns desses modelos serão
apresentados a seguir:
a) Modelo de Laquidara et al. (1986):
O modelo proposto pelo autor, é utilizado para calcular previamente a produção de
biogás gerada por um típico resíduo sólido urbano, sendo utilizada uma taxa de geração
de biogás dada em litros por grama de SVB (sólidos voláteis biodegradáveis) seco. Para
o cálculo das taxas mínimas de produção de biogás nos aterros sanitários brasileiros,
adota-se a estimativa do teor geral de umidade dos resíduos, não o teor inicial
excessivamente alto de umidade exibido quando do despejo do lixo. A partir de cálculos
estequiométricos, a taxa prevista de geração de biogás (total de metano mais o dióxido
de carbono) é cerca de 5 pés cúbicos/lb de resíduos sólidos municipais in natura, dado
um teor de umidade de cerca de 46%, o que significa que aproximadamente 0,52 litros
de metano pode ser gerado por grama de SVB destruído. Baseado numa proporção de
65:35 em porcentagem de CH4 e porcentagem de CO2 no biogás, cerca de 0,28 litro é
produzido por grama de SVB destruído. A soma das taxas CH4 e CO2 é de 0,8 litro por
grama de SVB seco para um resíduo sólido urbano brasileiro.
Para este modelo é estimada também uma vida útil de 9 anos e um despejo anual
de lixo em 170 mil toneladas, a taxa média de geração é então aplicada e uma produção
de biogás anual é calculada. A seguinte equação para determinar a produção de biogás
após a disposição dos resíduos sólidos no aterro, é baseada na cinética de primeira
ordem, que é descrita baixo:
S1 = S 0 (e − k t )
(5.3.2)
Onde:
S1 ⇒ Peso (em gramas) dos SVB remanescente no aterro num período
determinado t;
t ⇒ Tempo em dias após a disposição dos resíduos;
S0 ⇒ Peso inicial dos SVB em gramas no início da disposição dos resíduos no
aterro;
k ⇒ Coeficiente de deterioração orgânica. É definido pelas características dos
resíduos, pelo seu teor de umidade, pelo clima geral onde o aterro está
situado.
A equação de deterioração do SVB também foi melhorada para incluir a taxa de
geração de metano e a produção de biogás em resíduos sólidos municipais específicos,
em que:
DG = C (DDS ) e LFG = G / M c
(5.3.3)
Onde:
DG ⇒ Volume de gás metano (CH4) produzido em litros por unidade de tempo;
C ⇒ Volume de metano produzido por grama de SVB consumido (definido
como
0,52 l/g);
DDS ⇒ Peso do SVB consumido em gramas em um intervalo específico de
tempo a partir da disposição dos resíduos no aterro.
O volume do biogás (litros) produzido naquele período de tempo é, então,
calculado a partir da taxa G de geração de gás metano e dividido pelo percentual de
componente de metano (MC) no gás recuperado, que é cerca de 65%.
b) Modelo US EPA (1991):
Este modelo é conhecido como “Modelo de Estimação de Emissões de Ar em
Aterro”, usado para estimar emissões incontroladas de vários compostos presentes no
gás de aterro. Essas emissões incontroladas podem ser estimadas em aterros individuais
usando o modelo de cinética de primeira ordem teórica de produção de metano
desenvolvido pela EPA. A equação do modelo é apresentada a seguir:
Q CH = L 0 R (e − k c − e − k t )
4
(5.3.4)
Onde:
QCH4 ⇒ Taxa de geração de metano para tempo t, m3/ano;
L0 ⇒ Potencial de geração de metano, m3 CH4/Mg de resíduo;
R ⇒ Taxa de deposição média anual de resíduo durante a vida útil do aterro,
Mg/ano;
k ⇒ Taxa de geração de metano constante, ano-1;
c ⇒ Tempo desde o fechamento do aterro, anos (c = 0 para aterros ativos); e
t ⇒ Tempo desde o início de deposição do resíduo, anos.
Nota-se que o modelo acima foi desenvolvido para estimar a geração de LFG
(Landfill Gás – Gás de Aterro) e não emissões para atmosfera. Outros destinos que
podem existir para o gás gerado em um aterro, incluindo a captura e subseqüente a
degradação microbiológica no interior da camada superficial do aterro. Atualmente, não
há dados que comprove este destino. É geralmente aceito que o volume de gás gerado
será emitido através da fenda ou outras aberturas na superfície do aterro.
Informação da área específica do aterro é geralmente disponibilizada para as
variáveis R, c, e t. Quando a informação da taxa de deposição de resíduo é limitada ou
desconhecida, R pode ser determinado dividindo o lixo em lugares pela idade do aterro.
Se uma documentação tem constatado que certo segmento (célula) de um aterro recebeu
somente resíduo não degradável, então o resíduo proveniente deste segmento do aterro
pode ser excluído fora do cálculo de R. Resíduo não degradável inclui concreto, tijolo,
rocha, vidro, gesso, quadro, tubo, plásticos, e objetos de metal. A taxa de deposição
média anual somente será estimada através deste método quando existir informação
inadequada sobre a atual taxa de deposição média. A variável tempo, “t”, inclui o
número total de anos que o resíduo tem sido depositado (incluindo o número de anos
que o aterro tem recebido resíduo e, se aplicável, tem sido fechamento).
Valores para variáveis L0 e k devem ser estimados. Estimação do potencial de
capacidade de geração de CH4 do resíduo (L0) é geralmente tratado como sendo função
da umidade e fração orgânica do resíduo. A estimativa da constante de geração de CH4
(k) é função de uma variedade de fatores, incluindo umidade, pH, temperatura, e outros
fatores ambientais, e condições de operação do aterro. Geralmente os teores de umidade
vão até 60% e o pH na faixa de 6,6 a 7,4, ocasionando então um aumento da taxa de
geração de metano. Os valores reportados na literatura são encontrados na faixa de
0,003 a 0,21/ano (USEPA, 1991).
Segundo USEPA (1991) o fator L0 depende da composição do lixo e das
condições do aterro para processo de metanização. Os valores reportados na literatura
do L0 são encontrados entre 6,2 a 270 m3 de CH4/t de lixo para aterros americanos.
A constante de decaimento k está relacionada com o tempo necessário para a
fração de carbono orgânico degradável (COD) do lixo decaia para metade de sua massa
inicial, podendo ser obtida por processo de interação quando se tem conhecimento da
vazão de gás metano do aterro, do valor de L0 e da quantidade e do tempo de deposição
do lixo no local.
Segundo IPCC (1996) esta constante é estabelecida pela seguinte Equação:
k=
ln 2
t 1/2
(5.3.5)
Onde:
k ⇒ Constante de decaimento (ano-1)
t1/2 ⇒ Tempo para a fração de COD decair pela metade em massa (anos)
Uma outra equação similar a Equação 5.3.4 (op. cit.), pode ser usada quando se
tem dados suficientes relacionados à disposição dos resíduos sólidos urbanos nos locais
de destinação, desde que se leve enconta a quantidade de lixo depositada em cada ano
(IPCC, 1996). Neste modelo a variável t é substituída por T-x na Equação 4.4.6, que
representa o número de anos que o lixo esteve depositado.
Q Tx = k R x L 0 e -k (T - x)
(5.3.6)
Onde:
QTx ⇒ Quantidade de metano gerado no ano em vigência T pelos resíduos Rx
(m3/ano)
k ⇒ Constante de decaimento (ano-1)
Rx ⇒ Quantidade de lixo depositado no ano x (t)
L0 ⇒ Potencial de geração de metano do lixo (m3/t de lixo)
T ⇒ Ano em vigência
x ⇒ Ano de deposição do lixo no aterro
c) Modelo Tchobanoglous, Thessen & Vigil (1994):
Este modelo foi desenvolvido para determinar o volume de gás a partir dos
componentes lentamente e rapidamente biodegradáveis do lixo e da constituição
química de cada um de seus elementos. O volume de gás estimado a partir da Equação
5.3.7 supõe a conversão completa dos resíduos orgânicos biodegradáveis em CO2 e
CH4.
 4a − b − 2c + 3d 
 4a + b − 2c − 3d 
Ca H b Oc N d + 
 H 2O → 
CH 4
4
8




 4a − b + 2c + 3d 
+
CO2 + dNH 3
8


(5.3.7)
Em geral os materiais orgânicos presentes nos resíduos são divididos em duas
classificações: a) materiais que se decompõem rapidamente (duração de três meses a
cinco anos) e b) materiais que se decompõem lentamente (até 50 anos ou mais). Na
Tabela 5.3.3 são identificados os componentes da fração orgânica dos RSU que são
utilizados para estimar a quantidade de gás que pode ser gerado a partir da porção
biodegradável dos resíduos orgânicos nos RSU. Supondo que a fórmula molecular fosse
C75H122O55N, então esta fórmula seria utilizada para descrever a fração orgânica
rapidamente biodegradável dos RSU, com isso a quantidade máxima de gás de sólidos
orgânicos biodegradáveis destruídos que é esperada em condições ótimas é de 8,75
kg/m3. A fração biodegradável dos resíduos orgânicos depende em grande parte do
conteúdo de lignina dos resíduos. Na tabela 5.3.4 são apresentados à biodegradabilidade
de vários constituintes orgânicos baseados em seu conteúdo de lignina. Como se
observa, o papel de jornal é 22% degradável.
Tabela 5.3.3 – Constituintes orgânicos rapidamente e lentamente biodegradáveis
nos resíduos
Componentes de Resíduos
Rapidamente Biodegradável
Lentamente Biodegradável
Orgânicos
Resíduos de Comida
Sim
Papel de Jornal
Sim
Papel de Escritório
Sim
Papelão
Sim
a
Plásticos
Sim
Têxteis
Sim
Borracha
Sim
Couro
Sim
b
Resíduos de Jardim
Sim
Simc
Madeira
Sim
Orgânicos variados
Sim
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
a
Os plásticos geralmente são considerados como biodegradáveis.
Folhas e recortes de grama. Normalmente é de 60% dos resíduos de jardim são
considerados como rapidamente biodegradáveis.
c
Porções lenhosas de resíduos de jardim
b
Tabela 5.3.4 - Biodegradabilidade dos constituintes orgânicos nos resíduos
Componentes de
Conteúdo de Lignina
Fração Biodegradável
Resíduos Orgânicos
(% SV)
(% SV)
Resíduos de Comida
0,4
0,82
Papel de Jornal
21,9
0,22
Papel de Escritório
0,4
0,82
Papelão
12,9
0,47
Resíduos de Jardim
4,1
0,72
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Os parâmetros “a”, “b”, “c” e “d” da Equação 5.3.7 são obtidos através da relação
molar dos elementos químicos de composição dos resíduos orgânicos rapidamente e
lentamente degradáveis divididos pelo mol de nitrogênio. O peso de cada elemento
químico relacionado aos componentes dos resíduos é apresentado na Tabela 5.3.5.
Tabelas 5.3.5 – Componentes dos resíduos orgânicos decompostos e seus elementos
químicos
Componentes
Peso
Peso
húmido
seco
(kg)
(kg)
Composição (kg)
C
H
O
N
Cinzas
Constituintes orgânicos rapidamente decompostos
Resíduos de
9,0
2,7
1,30
0,17
1,02
0,07
0,14
Papel
34,0
32,0
13,92
1,92
14,08
0,10
1,92
Papelão
6,0
5,7
2,51
0,34
2,54
0,02
0,29
11,1
4,4
2,10
0,26
1,67
0,15
0,20
60,1
44,8
19,83
2,69
19,31
0,34
2,55
comida
Resíduos de
jardim
Total
Constituintes orgânicos lentamente decompostos
Têxteis
2,0
1,8
0,99
0,12
0,56
0,08
0,05
Borracha
0,5
0,5
0,39
0,05
_
0,01
0,05
Couro
0,5
0,4
0,24
0,03
0,05
0,04
0,04
7,4
3,0
1,43
0,18
1,14
0,10
0,13
Madeira
2,0
1,6
0,79
0,10
0,69
_
0,02
Total
12,4
7,3
3,84
0,48
2,44
0,23
0,29
Resíduos de
jardim
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Tabela 5.3.6 – Relação molar dos componentes
Componentes
Relação mol (Nitrogênio = 1)
Rapidamente decompostos
Lentamente decompostos
Carbono
68,5
19,5
Hidrogênio
110,5
29,0
Oxigênio
50,1
9,2
Nitrogênio
1,0
1,0
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Conhecendo a relação molar, a massa de gás metano e de dióxido de carbono é
então determinada, através das equações de decomposição. Com a massa determinada e
a densidade de cada gás, pode-se conhecer o volume de gás gerado, obtendo-se assim as
quantidades volumétricas de cada gás para as massas de resíduos rapidamente e
lentamente degradáveis determinadas inicialmente.
Segundo Tchobanoglous et al. (1994) assumem que as taxas anuais de
decomposição para materiais rapidamente e lentamente decompostos se baseiam em um
modelo triangular (Figuras 5.3.c e 5.3.d) de produção de gás em que a taxa pontual de
produção de gás é produzida em 1 e 5 anos, respectivamente, depois de começar a
produção de gás. Supõe-se que a produção de gás é iniciada ao final do primeiro ano da
área em funcionamento do aterro. A área debaixo do triângulo é igual a metade da base
pela altura; por tanto, a quantidade de gás procedente dos resíduos colocados durante o
primeiro ano é igual a:
Total de gás produzido, kg/m3 =
Produção de biogás (m3/ano)
½ (base, ano). (altura, taxa pontual de produção de gás, kg/m3. ano)
h
3/4 h
2/4 h
1/4 h
1
2
3
4
5
Tempo (Anos)
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Figura 5.3.c – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos
rapidamente biodegradáveis
Produção de biogás (m3/ano)
h
7/10 h
4/5 h
5
10
15
Tempo (Anos)
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Figura 5.3.d – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos
lentamente biodegradáveis
Utilizando um modelo triangular de produção de gás, a taxa total de produção de
gás em um aterro em que se depositam resíduos durante um período de 5 anos é obtida
graficamente somando o que é produzido pelas porções de RSU rapidamente e
lentamente biodegradáveis depositadas a cada ano. A quantidade total de gás produzido
corresponde diretamente com a área por debaixo da curva.
400
Total
350
300
250
Gás produzido por
material de
decomposição rápida
depositado em 5 anos
200
150
Gás produzido por
material de
decomposição lenta
depositado em 5 anos
50
5
10
15
20
25
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Figura 5.3.e – Produção de gás durante um período de cinco anos a partir de materiais
orgânicos rapidamente e lentamente decompostos colocados num aterro.
d) Modelo IPCC (1996):
O modelo proposto apresenta uma metodologia de fácil aplicação permitindo
calcular ou determinar as emissões anuais de metano para países ou regiões específicas
a partir da quantidade de resíduos sólidos depositados em aterros de resíduos sólidos de
classificação diferente, como pode ser observado na Tabela 5.3.7. Esse método, que
segue a Equação 5.3.8, considera a estimativa do percentual de carbono orgânico
degradável e sua fração distinta presente na massa de lixo, determinando deste modo à
quantidade de metano que pode ser gerada por determinada quantidade de resíduo
depositado, onde se considera diferentes categorias de resíduos sólidos urbanos. Caso
não se disponha de dados para o cálculo no país, poderão ser aplicados dados
padronizados fornecidos pelo IPCC, porém a qualidade dos resultados será prejudicada.
Tabela 5.3.7 – Sistema de classificação de aterros adaptado no Estado da
Califórnia (1984)
Classificação
Tipo de resíduo
I
Resíduos perigosos
II
Resíduos especiais
III
Resíduos sólidos urbanos
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
ECH4 = (Popurb x Taxa RSD x RSDf x FCM x COD x CODF x F 16/12 - R) x (1 - OX)
(5.3.8)
Onde:
ECH4 ⇒ Emissão de Metano (GgCH4/ano)
Popurb ⇒ População urbana do país (nº habitantes).
Taxa RSD ⇒ Taxa de geração de resíduos sólidos domésticos por habitante por
ano (kg RSD/habitante.ano).
RSDf ⇒ Fração de resíduos sólidos domésticos que é depositada em locais de
disposição de resíduos sólidos (fração adimensional).
FCM ⇒ Fator de correção de metano (fração adimensional).
COD ⇒ Carbono orgânico degradável no resíduo sólido doméstico (fração
adimensional ou gC/gRSD)
CODf ⇒ Fração de COD que realmente degrada [fração adimensional].
F ⇒ Fração de CH4 no gás de aterro (fração adimensional).
16/12 ⇒ Taxa de conversão de carbono em metano (fração adimensional ou
gCH4/gC)
R ⇒ Quantidade de metano recuperado (GgCH4/ano).
OX ⇒ Fator de oxidação (fração adimensional).
O fator de correção de metano (FCM) está relacionado com a qualidade do
aterramento do lixo, considerando o fato do resíduo ser aterrado de forma inadequada
produzindo uma menor quantidade de metano em relação aquele destinado a locais
adequados, onde uma maior parte do lixo é decomposta em condições anaeróbias.
Valores recomendados pelo IPCC para este fator são mostrados a seguir:
Tabela 5.3.8 – Locais de disposição de resíduo e Fator de Correção de Metano
Tipo de Local
Fator de Correção de Metano (FCM)
Adequadoa
1,0
Inadequado
(profundo p/ ≥5,00 m de resíduo)
Inadequado
(não profundo p/ <5,00 m de resíduo)
Sem classificaçãob
0,8
0,4
0,6
Fonte: IPCC (1996)
a
Locais adequados devem ter deposição controlada do resíduo abrangendo o
material de cobertura, compactação mecânica e nivelamento do resíduo.
b
Para locais não classificados é assumido um valor Default para FCM
A quantidade de carbono orgânico degradável (COD) é determinada pela Equação
5.3.9, onde esta se baseia na composição do lixo e na quantidade de carbono em cada
componente da massa de resíduo como reportado em IPCC (1996). Na tabela 5.3.9 são
apresentados os valores de COD para diferentes componentes do lixo.
Tabela 5.3.9 – Componente dos resíduos e seu COD
Componente
COD (% em massa)
A = Papel e papelão
40
B = Resíduos de parques e
17
jardins
C = Restos de alimentos
15
D = Tecidos
40
E = Madeiraa
30
Fonte: Bingemer & Crutzen (1987)
a
Excluída a fração de lignina que se decompõe lentamente
COD = 0,4 x (A) + 0,17 x (B) + 0,15 x (C) + 0,30 x (E)
(5.3.9)
No caso de não está discriminada a composição de matéria orgânica presente nos
resíduos, e sim, como outros, esta categoria englobaria os resíduos de jardim, parques e
outros orgânicos putrescíveis não alimentos (B), resíduos de alimentos (C) e resíduos de
madeira e palha (D), a Equação 5.3.9 teria de ser tratada por uma faixa, dentro dos
limites (15-30%), sugerida da seguinte forma:
COD = 0,4 x (A) + (0,15 a 0,30) (B+C+D)
(5.3.10)
A Fração diferenciada COD (CODf) é a parcela de COD convertida em gás de
aterro. Segundo Tabasaran (1981), estimar a quantidade de carbono diferenciada é
confiar em um modelo teórico que varia com a temperatura na zona anaeróbia de um
aterro:
CODf = 0,014 T + 0,28
(5.3.11)
Onde:
T= temperatura (ºC)
Assume-se que a temperatura na zona anaeróbia de um local de disposição de
resíduos sólidos (LDRS) permanece constante por volta dos 35ºC não obstante da
temperatura ambiente (Bingemer & Crutzen, 1987). É recomendado o valor de 0,77
para a fração de COD obtido através da Equação (5.3.11). Caso haja informação
adicional, será de grande relevância para a determinação do CODf.
e) Modelos Oonk & Boom (1995):
São apresentados os modelos de estimação de produção de biogás aplicados em
diversos aterros, os quais seguem abaixo:
Tabela 5.3.10 – Tipos de modelos e suas equações
Tipos de Modelos
Equações
α t = ζ 1,87 k 0 A
Ordem Zero
Primeira ordem
Multi-fase
Segunda ordem
(5.3.12)
α t = ζ 1,87 A C 0 k 1 e -k
1
3
t
α t = ζ ∑1,87 A C 0,i k 1,i e
(5.3.13)
-k1, i t
i =1
α t = ζ 1,87 A k 2 (C 0 /k 2 C 0 (t +1) ) 2
(5.3.14)
(5.3.15)
Fonte: Oonk & Boom ,1995.
Onde:
α1 ⇒ Formação do gás de aterro por um certo tempo (m3. ano-1)
ζ ⇒ Fator de dissimulação
A ⇒ Quantidade de resíduo depositada (t)
k1 e k2 ⇒ Taxa de degradação constante (ano-1)
C0 ⇒ Quantidade de carbono orgânico no resíduo (kg/t de resíduo)
k1,i ⇒ Taxa de degradação constante de fração i (ano-1)
t ⇒ Tempo desde a deposição do resíduo (anos)
A constante de 1,87 adotada, indica o volume de biogás gerado por um kg de lixo em
m3 .
Oonk & Boom (1995) fizeram estimativa dos parâmetros ζ, k1 e k2 que constituem
as Equações 5.3.12 a 5.3.15 sendo empregados em nove aterros da Alemanha, por meio
de dados levantados a respeito da quantidade, idade e composição do lixo,
disponibilizados pelos operadores dos aterros, como também a produção de biogás nos
projetos implantados nos locais. Baseada na experiência de vários especialistas, que
consideraram diversos fatores como o projeto do aterro e do sistema de drenagem, a
profundidade da camada de lixo, inclinação dos taludes e o material de cobertura, a
partir dessa experiência é que foram adotadas as eficiências de coleta dos sistemas de
aproveitamento do biogás.
Segundo Oonk & Boom (1995) de um modo geral, um aterro projetado com
drenos de biogás verticais ou horizontais, possuindo espaçamento inferior a 70,00 m
entre os drenos e camada de cobertura de solo argiloso ou manta sintética impermeável
apresenta uma eficiência de coleta de aproximadamente 55%, sendo este valor adaptado
para cada caso de acordo com os seguintes itens:
A presença de camada sintética impermeável na cobertura vem proporcionar uma
eficiência de coleta de 60% a 95% dependendo da possibilidade de migração do
biogás através do solo;
A presença de solo argiloso na cobertura proporciona uma eficiência de coleta na
faixa de 60% a 75%, que dependerá da espessura da camada, da idade do aterro e da
possibilidade de migração do biogás através do solo;
As distâncias entre drenos >100,00 m fazem com que seja reduzida de 5% a 10% a
eficiência do sistema de coleta;
Os taludes com inclinações acima de 40º conseguem reduzir de 5% a 10% a eficiência
do sistema de coleta;
A camada de lixo com altura acima de 20,00 m, faz aumentar a eficiência de 5 a 10%;
A camada de lixo com espessura menor que 10,00 m, faz reduzir a eficiência em 5%.
Oonk & Boom (1995) ao aplicarem os modelos em diversos aterros na Holanda,
puderam comparar os resultados teóricos com medições de emissão de biogás na
superfície dos aterros, obtendo assim, maiores resultados com erros relativos menores
que 30% e, atribuindo os desvios encontrados nas comparações às incertezas nas
quantidades de lixo e nas eficiências de coletas adotadas. O modelo de ordem zero foi o
que apresentou maior erro, em torno de 44%. Os modelos de primeira e segunda ordem
apresentaram erros de 22%, enquanto o modelo multi-fase teve erro de 18%.
Constataram-se também diferenças entre os modelos multi-fase, primeira ordem e
segunda ordem, sendo que essas diferenças são relativamente pequenas e que o uso do
modelo de primeira ordem, mais simplificado que os outros modelos, consegue fornecer
resultados confiáveis em muitos casos.
Os resultados obtidos por Oonk & Boom (1995) nas estimativas dos parâmetros
presentes nas Equações 5.3.12 a 5.3.15 para os aterros de resíduos na Alemanha, são
expressos na Tabela 5.3.11.
Tabela 5.3.11 – Parâmetros estimados para os modelos de geração de biogás em
aterros propostos por Oonk & Boom (1995)
Tipos de Modelos
Parâmetros
Ordem Zero
Primeira ordem
ζ k0 = 2,4 kg/t ano
ζ = 0,58;
k1= 0,094/ano.
ζ = 0,58;
Multi-fase
k1,1= 0,185/ano;
k1,2= 0,100/ano;
k1,3= 0,030/ano
Segunda ordem
ζ= 0,65;
K2= 0,0012 t/kg ano
Fonte: Oonk & Boom, 1995.
Os parâmetros estimados por Oonk & Boom (1995) que são apresentados na
Tabela 5.3.11 são específicos para o caso de aterros alemães ou que possuam
composição do lixo e clima regional semelhante aos casos estudados.
f) Modelo GasSim
O modelo GasSim (Versão 1.00, Junho 2002) (Gregory et al., 2003) vem equipado
com duas aproximações matemáticas para calcular prognosticamente a emissão de
metano (manual GasSim Versão 1.00). A primeira aproximação usa a equação multifase do GasSim, que é similar ao modelo descrito na Tabela 5.3.10. A segunda
aproximação para estimar a formação de LFG é a mesma usada pelo modelo LandGEM.
Assim da mesma maneira que o modelo LandGEM determina a massa de metano
gerada usando o potencial de geração de metano e a massa de carbono depositada, o
modelo GasSim faz a mesma determinação. A qualidade do LFG gerada é determinada
usando o potencial de geração de metano e a relação de metano com dióxido de
carbono. Tanto o modelo GasSim quanto o outro modelo pode matematicamente ser
descrito por:
L1 =
L[1/ ([CH 4 ] /100)]
M
Vm
(5.3.16)
Onde:
L1⇒ Potencial de geração de LFG (g/t)
Vm⇒ Volume molar (em CNTP) (2.241 x 10-2 m3 mol-1)
M⇒ Massa molar relativa de carbono (m3 Mg-1)
[CH4]⇒ Concentração de metano no LFG (%)
Através da determinação de L1 a massa disponível de carbono degradável pode ser
determinada por:
C = Ci x L 1
(5.3.17)
Onde:
C ⇒ Massa de carbono degradável (Mg)
Ci ⇒ Massa de carbono depositada (Mg)
Para determinar a formação de metano L1 e C são aplicados em um modelo de
primeira ordem como descrito anteriormente e a emissão de metano é determinada pela
Equação 5.3.18.
Emissão CH4 (m3. h-1) = Produção CH4 – Recuperação CH4 – Oxidação CH4
(5.3.18)
g) Modelo EPER da França
O modelo Francês EPER (Budka, 2003) faz combinação de duas aproximações
para estimar a emissão de metano. O modelo pode ser dividido em dois cálculos:
1-Prognóstico de emissão de metano para células de aterro conectadas ao sistema de
recuperação de LFG através de uso de dados de recuperação de LFG pelo operador do
aterro.
2-Prognósticos de emissões de metano das células não conectadas ao sistema de
recuperação de LFG por um modelo convencional multi-fase (ADEME versão
15/12/2002).
A emissão de metano em células de aterro conectadas ao sistema de recuperação
de LFG pode ser calculada com as seguintes equações:
A = F x H x (CH4)
(5.3.19)
Onde:
A⇒ Quantidade recuperada de LFG (m3. ano-1)
F⇒ Taxa de extração de LFG (m3. h-1)
H⇒ Horas de operação anual do compressor (h)
(CH4)⇒ Concentração de metano no LFG (%)
A é, então, corrigido para Nm3. ano-1 levando-se em consideração a pressão e
temperatura ambiente (CNTP) no momento da amostragem de qualidade do gás. A área
superficial das células conectadas ao sistema de recuperação de LFG e o tipo de
cobertura presente sobre aquela célula determinam a eficiência de recuperação. O
modelo pode calcular a produção de metano. Por exemplo, a zona em operação que não
tem camada de cobertura e é conectada em um sistema de recuperação de LFG irá
apresentar uma eficiência de coleta de LFG de 35%. 65% do LFG será eventualmente
emitido para atmosfera. A produção de metano para células conectadas ao sistema de
recuperação de LFG é calculada através da Equação 5.3.20.
P=
Onde:
P⇒ Produção de metano (m3. ano-1)
η ⇒ Eficiência de recuperação (%)
A
η
(4.4.20)
A formação de LFG das células de aterro que não são conectadas ao sistema de
recuperação de LFG é calculada por uma equação multi-fase seguindo o modelo
ADEME, que pode ser descrito como:
FE CH = ∑ FE 0 * ( ∑ A i * p i * k i * e -kt )
4
x
(5.3.21)
1,2,3
Onde:
FECH4 ⇒ Produção anual de metano (Nm3. ano-1)
FE0 ⇒ Potencial de geração de LFG (m3CH4 . t-1 de resíduos)
pi ⇒ Fração de resíduos com taxa de degradação ki (kg . kg-1 de resíduo)
ki ⇒ Taxa de degradação da fração i (ano-1)
t ⇒ Idade do resíduo (ano)
Ai ⇒ Fator de normalização
O modelo descreve três categorias de resíduo e cada categoria tem uma formação
específica de LFG com capacidade por tonelada de resíduo. As três categorias são
mostradas na Tabela 5.3.12.
Tabela 5.3.12 – Categoria de resíduos de acordo com o modelo ADEME
CATEGORIA I
CATEGORIA II
CATEGORIA III
Resíduo sólido Municipal
Resíduo industrial
Inertes
lamas
Resíduo comercial
Resíduos de jardim
Resíduo biológico pré-tratado
Resíduos não-degradáveis
Fonte: Joeri J. e Heijo S. (2001)
O modelo EPER assume um potencial de oxidação da camada de cobertura de
10%. O total de emissão de metano é então calculado pela Equação 5.3.22.
Emissão CH4 = P (1-η) * 0,9 + FECH4 * 0,9
(5.3.22)
h) Modelo EPER da Alemanha
O modelo EPER (Wielenga, 2003) usado na Alemanha é um modelo de ordem
zero e pode matematicamente ser descrito por:
Me = M * BDC * BDCf * F * D * C
(5.3.23)
Onde:
Me ⇒ Quantidade de emissão difusa de metano (Mg . ano-1)
M ⇒ Quantidade anual de resíduo depositado (Mg)
BDC ⇒ Relação de carbono biodegradável (Mg C . Mg-1 de resíduo)
BDCf ⇒ Relação de carbono biodegradável convertido em LFG (%)
F ⇒ Fator de cálculo de conversão de carbono em CH4
D ⇒ Eficiência de coleta (ativo com perda de LFG – 0,4; não reuperado – 0,9; LFG
ativo, recuperado e coberto - 0,1)
C = (CH4) (%)
i) Modelo LandGEM da US EPA
O modelo USEPA (USEPA, 2000) é baseado no modelo LandGEM e utiliza as
Equações 5.3.18, 5.3.16 e 5.3.17.
j) Modelo de Produção de biogás segundo LIMA
O modelo é baseado segundo o grau de biodegradabilidade dos componentes
encontrados nos resíduos. Esses componentes podem ser divididos em quatro
categorias, como é mostrado na Tabela 5.3.13.
Tabela 5.3.13 - Grau de biodegradabilidade e componentes do lixo
Grau de biodegradabilidade
Componentes do lixo
Matéria orgânica, restos de alimentos,
Facilmente degradável (FD)
folhas, etc.
Papel e papelão e outros produtos
Moderadamente degradável (MD)
celulósicos.
Dificilmente degradável (DD)
Trapo, couro, borracha, etc.
Pedra, terra, vidro, metal, plástico fino e
Não degradável (ND)
grosso, diversos, etc.
Fonte: Lima, 2002
Segundo Lima (2002) ao aplicar esta metodologia de classificação ao lixo
amostrado, obteve-se os seguintes resultados:
Tabela 5.3.14 – Tipo de lixo e composição
% (em peso)
Tipo de Lixo
FD
72,0
MD
18,9
DD
2,0
ND
6,9
Fonte: Lima, 2002
Este método apresenta outro parâmetro básico que se refere ao tempo que cada
parcela classificada irá se decompor pela ação dos microorganismos, como pode ser
observado na Tabela 5.3.15.
Tabela 5.3.15 – Componentes e tempo de bioestabilização
Componentes
Tempo (anos)
T0,5a
T1b
FD
2,0
4,0
MD
5,0
10,0
DD
20,0
100,0
ND
-
∞
Fonte: Lima, 2002.
a
Meia vida do componente em termos de bioestabilização.
b
Tempo total para ocorrer a bioestabilização do componente.
O modelo também requer o fator de produção kn que representa a quantidade de
produção de metano em Nm3/t de lixo disposta no sistema, e que cada componente
classificado produzirá ao longo do tempo de processo.
Para os componentes facilmente degradáveis que tem um tempo maior de 4 anos,
como mostrado na Tabela 4.11, os valores de kn serão determinados ano-a-ano, como k1,
k2, k3, e k4. Da mesma maneira será feito para os componentes moderadamente
degradáveis que tem um tempo maior de 10 anos, em que os valores de kn serão
determinados como: k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10. Entretanto para realizar tal
determinação, certas condições são necessárias para início de cálculo:
Condições iniciais para FD e MD:
Estimar que cada tonelada de lixo bioestabilizada produzisse, em média, 50 Nm3
de metano no período de 10 anos;
Considerar como válidos os tempos estipulados na Tabela 4.11.
Considerar que os percentuais de FD e MD do lixo classificado são responsáveis
por certa quantidade de metano dos 50 Nm3 que uma tonelada de lixo produzirá
ao longo de 10 anos, ou seja, quando T = T1.
As parcelas facilmente e moderadamente biodegradáveis presente em 1 tonelada
de lixo bioestabilizada, são obtidas tomando como base uma tonelada de lixo e os
valores percentuais referentes a FD e MD, como pode ser visto:
QLFD = (1.000 kg/t x percentual de FD)/100
QLMD = (1.000 kg/t x percentual de MD)/100
O valor relativo de cada fator de produção kn é determinado tomando as parcelas
facilmente
e
moderadamente
degradáveis
correspondentes
aos
tempos
de
bioestabilização, como mostrados na Tabela 4.11, onde T1 = 4 anos para FD e 10 anos
para MD. Os equivalentes a cada parcela facilmente e moderadamente biodegradável
são determinados através das áreas percentuais distribuídas cuja soma total é de 100%.
St FD= S1 + S2 + S3 + S4 = 100%
St MD = S1 + S2 + ....... + S10 = 100%
As áreas são determinadas pelo modelo triangular de acordo com o tempo de
bioestabilização.
(%)
50
40
30
20
S2
10
S3
S1
0
S4
1
2
3
4
Fonte: Lima, 2002
Tempo (anos)
Figura 5.3.g – Distribuição de áreas no cálculo de FD
(%)
50
40
30
S4
20
S7
S3
10
0
S6
S5
S8
S2
S9
S1
1
S 10
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Tempo (anos)
Fonte: Lima, 2002
Figura 5.3.h – Distribuição de áreas para o cálculo de MD
Os resultados obtidos por este método são feitos determinando o peso efetivo
correspondente a cada fator e combinado com o valor percentual das áreas distribuídas,
mais a produção equivalente de metano/t de lixo e o ano de produção.
Segundo Lima (2002), empregando os dados obtidos é possível determinar a
produção de gás em aterros celulares e, com isso, dimensionar o sistema de exaustão
para controle ou uso do gás como energia alternativa.
5.4 - Movimento dos Gases em Aterros
Em condições normais, os gases produzidos no solo são emitidos para a atmosfera
mediante a difusão molecular. No caso de um aterro em atividade, a pressão interna é
normalmente maior que a pressão atmosférica, e os gases de aterro sairão mediante
difusão e fluxo convectivo (conduzido por pressão).
Outros fatores que influem no movimento dos gases do aterro incluem a absorção
dos gases em componentes líquidas ou sólidas e a geração ou consumo de um
componente gasoso através de reações químicas ou da atividade biótica. A equação
geral seguinte relaciona estes valores com um volume de controle unidimensional
(Vertical) (ver Figura 5.4.1).
α (1 + β )
∂C A
∂C A
∂ 2C A
= - Vz
+ Dz
+G
2
∂t
∂z
∂z
(5.4.1)
donde:
α = Porosidade total, cm3/cm3 (ft3/ft3).
β = Fator de retardação tendo em quantidade a troca de absorção e fase.
CA = Concentração do composto A, g/cm3 (lb.mol/ft3).
Vz = Velocidade de convecção vertical, cm/s (ft/d).
Dz = Coeficiente de difusão efetiva, cm2/s (ft2/d).
G = Parâmetro agrupado utilizado para justificar todos os términos de geração,
g/cm3.s (lb.mol/ft3.d).
z = Profundidade, m (ft).
A velocidade de convecção Vz na direção vertical pode ser estimada utilizando a
lei de Darcy da seguinte forma:
Vz −
κ ∂P
µ ∂z
(5.4.2)
donde:
Vz = Velocidade de convecção, m/s (ft/d).
K = Permeabilidade intrínseca, m2 (ft2).
µ = Viscosidade da mistura de gás, N. s/m2 (lb . dt/ft3).
P = Pessão, N/m2 (lb/ft2).
z = Profundidade, m (ft).
Permeabilidade média
com prosidade
(Vz C)z+∆z

∂C 
 − Dz

∂ z 

∆z
Az
O
material
acumula
líquido no volume de poro
e na superfície de grão
médio.
Z+∆z
Z
(Vz C)z

∂C 
 − Dz

∂

z 
Z+∆z
Z
Volume de poros = α . Az . ∆z
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Figura 5.4.1 – Volume de Controle para o movimento vertical do gás de aterro
Os valores típicos para a velocidade de convecção dos principais gases do aterro são
da ordem de 1 a 15 cm/d. Geralmente se leva enconta a resolução da equação (5.4.1)
utilizando os métodos numéricos de diferença finita ou elementos finitos juntamente
com computadores de alta velocidade.
As formas simplificadas da equação (5.4.1) podem ajudar a estimar as emissões sem
ter que recorrer a técnicas mais complexas de solução numérica que necessitem da
aplicação de programas computacionais. Por exemplo, se forem desprezados os efeitos
de absorção e produtivos, então a Equação (5.4.1) se reduz sob condições estáveis a:
dC A
d 2C A
0 = − Vz
+ Dz
dz
dz 2
(5.4.3)
Se não for produzido biogás em quantidades significativas deve-se então substituir a
parte difusiva da Equação (5.4.3), que pode ser integrada para dar a seguinte expressão:
N A = − Dz
dC A
dz
(5.4.4)
donde:
NA = Fluxo de gás, g/cm2.s.
O coeficiente de difusão efetiva é uma função da difusão molecular e da porosidade
do solo. A seguinte relação é determinada empiricamente para o movimento de vapor
limitante através do solo:
Dz = D
(α gás )10 / 3
α2
(5.4.5)
donde:
Dz = Coeficiente de difusão efetiva, cm2/s.
D = Coeficiente de difusão, cm2/s.
αgás = Porosidade cheia de gás, cm3/cm3.
α = Porosidade total em cm3/cm3.
Outro modo utilizado para determinar o coeficiente de difusão efetiva é o seguinte;
Dz = D α τ
donde:
τ = Fator de tortuosidade (valor típico = 0,67)
(5.4.6)
5.4.1 - Movimento dos principais gases de aterro
Ainda que a maior parte do metano escape para a atmosfera, ambos, metano e
dióxido de carbono, hão de ser encontrados em concentrações de até 40% em distâncias
laterais que vão até 150 m dos bordos do aterro sem recobrimento. Em aterros sem
nenhuma ventilação, a extensão deste movimento lateral varia segundo as características
do material de cobertura e do solo circundante. Se tiver escapado o metano de uma
forma incontrolada, pode acumular-se (porque sua densidade é menor que o do ar)
debaixo de edifícios ou em outros lugares fechados, próximos ou dentro de um aterro
controlado. Com uma extração correta, o metano (CH4) não deve ser considerado um
problema (exceto pelo fato de que é um gás que influe no efeito estufa). Por outro lado,
o dióxido de carbono (CO2) é problemático por sua densidade. Como mostra a tabela
5.1.3 (op. cit.), o dióxido de carbono tem aproximadamente 1,5 vezes a densidade do ar
e 2,8 vezes a densidade do metano; por tanto, tende a mover-se para o fundo do aterro.
Como resultado, as concentrações de dióxido de carbono nas partes mais baixas do
aterro podem ser altas durante anos.
5.4.2 - Migração ascendente do gás de aterro
O metano e o dióxido de carbono podem ser emitidos através da cobertura do
aterro mediante a convecção e a difusão. O fluxo difusivo através da cobertura pode
estimar-se utilizando as Equações (5.4.4) e (5.4.5) supondo que o aumento de
concentração é linear e o solo é seco, por tanto αgás = α. Supondo que as condições
secas do solo introduzem um fator de seguridade, já que qualquer infiltração de água na
cobertura do aterro reduziria as porosidades cheias de gás, e por tanto reduziria o fluxo
de gás fora do aterro.
NA = −
Dα
4/3
(C Aatm − C Aver )
L
(5.4.7)
donde:
Na = Fluxo gasoso do composto A, g/cm2.s.
CAatm = Concentração do composto A na superfície de cobertura do aterro, g/cm3.
CAver = Concentração do composto A no fundo do aterro, g/cm3.
L = Profundidade do aterro, cm.
Os valores típicos para o coeficiente de difusão do metano e do dióxido de carbono são
0,20 cm2/s e 0,13 cm2/s.
5.4.3 - Migração descendente do gás de aterro
Finalmente, o dióxido de carbono, por sua densidade, pode acumular-se no fundo
do aterro. Se for utilizar um recobrimento de solo, o dióxido de carbono pode mover-se
desde então para baixo, principalmente mediante a difusão através do recobrimento até
que chega a água subterrânea (há que ressaltar que se pode limitar o movimento do CO2
utilizando um recobrimento geomembrana). O dióxido de carbono é facilmente solúvel
em água e pode reagir com esta para formar ácido carbônico, ou como é mostrado a
seguir:
CO2 + H2O
H2CO3
(5.4.8)
Esta reação baixa o pH, que mais tarde pode aumentar a dureza e o conteúdo
mineral da água subterrânea mediante dissolução. Por exemplo, se o carbonato de cálcio
está presente na estrutura do solo, o ácido carbônico reagirá com este para formar
bicarbonato de cálcio solúvel, seguindo a seguinte reação:
CaCO3 + H2CO3
Ca2+ + 2HCO3-
(5.4.9)
Reações similares se produzem com carbonatos de magnésio. Para uma
concentração dada de dióxido de carbono, a reação mostrada na equação (5.4.8)
procederá até que chegue ao equilíbrio, como se mostra na Equação (5.4.10).
H2O + CO2
CaCO3 + H2CO3
Ca2+ + 2HCO3-
(5.4.10)
Então qualquer processo que aumente o dióxido de carbono livre causará a
dissolução de mais carbonato de cálcio. O aumento da dureza resultante é o efeito
principal da presença de dióxido de carbono na água subterrânea. A solubilidade em
água dos principais gases encontrados nos aterros pode ser calculada utilizando a Lei de
Henry. O efeito do dióxido de carbono sobre o pH do lixiviado pode ser estimado
utilizando a constante de dissociação para o ácido carbônico.
5.4.4 - Fatores que afetam a migração do gás
A direção, velocidade e distância de migração do gás de aterro dependem de inúmeros
fatores, descritos abaixo.
•
Tipo de cobertura: Se a cobertura do aterro é constituída de material
relativamente permeável, tal como cascalho ou areia, então o gás migrará
provavelmente através da camada de cobertura. Se a cobertura do aterro
consistir de siltes e argilas, a permeabilidade é menor, o gás então tenderá
a migrar horizontalmente pelo subsolo. Se uma área do aterro é mais
permeável do que o resto, o gás migrará através daquela área.
•
Caminhos naturais e não naturais: A utilização de drenos, trincheiras, e
passagens aterradas (túneis e dutos) podem atuar como condutores para a
movimentação do gás. A geologia natural sempre provém caminhos em
subsolo, tal como rocha fraturada, solo poroso, e canais aterrados, onde o
gás pode migrar.
•
Velocidade e direção do vento: Naturalmente o gás de aterro (Landfill
gás) escapa para o ar pela superfície do aterro e é carregado pelo vento. O
vento dilui o gás com ar fresco movendo o gás para outras áreas do aterro.
A velocidade e a direção do vento determinam a concentração do gás no
ar, a qual pode variar grandemente de dia para dia, até de hora para hora.
Pela manhã, por exemplo, os ventos tendem a estar mais suaves levando a
uma menor diluição e dispersão do gás para outras áreas.
•
Umidade: Condições de umidade superficial do solo podem impedir a
migração do gás, para o exterior, através da cobertura do aterro. Chuva e
umidade também podem infiltrar pelos vazios do aterro e fazer sair os
gases destes vazios.
•
Níveis d’água no solo: O movimento do gás é influenciado pelas
variações apresentadas no nível d’água do solo. Se a água apresentada é
ascendente na direção de uma área, então forçará o gás de aterro ascender.
•
Temperatura: Aumentos de temperaturas estimulam o movimento da
partícula de gás, tendendo também a aumentar a difusão do gás, desta
forma, o gás pode se dispersar mais rápido em condições de temperatura
mais elevada. Embora o aterro mantenha por si mesmo a temperatura
geralmente estável, ciclos de esfriamento e aquecimento podem causar
ruptura na superfície do solo, causando a migração do gás de aterro para
cima ou horizontalmente. O solo frio sobre o aterro pode prover uma
barreira física para a migração ascendente do gás, causando a migração
horizontalmente do gás de aterro através do solo.
•
Pressão do gás no solo e barométrica: A diferença entre a pressão do gás
no solo e pressão barométrica é que ambas permitem o gás se mover
verticalmente ou lateralmente, dependendo se a pressão barométrica está
mais alta ou mais baixa do que a pressão do gás no solo. Quando a pressão
barométrica cai, o gás de aterro tenderá a migrar para fora do aterro. Assim
que a pressão barométrica sobe, o gás poderá permanecer retido no aterro
temporariamente até que seja estabelecido um novo balanço de pressão.
5.4.5 - Movimento de oligogases
Para as condições de borda mostradas na Figura 5.4.2, pode modificar-se a
equação (5.4.7) para os oligogases encontrados nos aterros da forma seguinte:
Ni = −
Dα 4 / 3 (Ciatm − Cis Wi )
L
(5.4.11)
donde:
Ni = Fluxo de vapor do composto i, g/cm2.s.
D = Coeficiente de difusão, cm2/s.
α = Porosidade do solo seco, cm3/cm3.
Ciatm = Concentração do composto i na superfície de cobertura do aterro, g/cm3.
Cis = Concentração saturada de vapor do composto i, g/cm3.
Wi = Fator para justificar a fração atual do composto i nos resíduos.
Ci, Wi = Concentração do composto i no fundo de cobertura do aterro, g/cm3.
L = Profundidade de cobertura do aterro, cm.
Pode ser simplificada a Equação (5.4.11) supondo que Ciatm é zero, esta suposição
é razoável, porque a concentração de oligoconstituintes quando chegam à superfície do
aterro diminuirá rapidamente pela dispersão causada por vento e por difusão causada
por ele antes. Com esta suposição, a estimação para o fluxo de massa de gás será
conservada; qualquer incremento de Ciatm produzirá um denso fluxo de massa. A forma
simplificada da Equação (5.4.11) é:
Ni =
Dα 4 / 3 (C is Wi )
L
(5.4.12)
Sonda para controlar o
gás do aterro.
Ciatm
Atmosfera
Z=L
Cobertura do Aterro
Z=0
Cis
Interior do Aterro
CisWi
Cis = Concentração em vapor de sturação do componente i
Wi = Fração em peso do componente i
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Figura 5.4.2 – Esquema do movimento de oligogases de aterro através da
cobertura do aterro.
Segundo Tchobanoglous et al. (1994), os valores do coeficiente de difusão D para
os oligocompostos podem variar de acordo com a temperatura como mostra a Tabela
5.4.1.a. Os valores de porosidade normalmente variam de 0,001 até 0,30 para diferentes
tipos de argila. O termo CisWi corresponde a concentração do composto na parte
superior do aterro, bem debaixo da cobertura. Se não há medidas disponíveis realizadas
no campo de trabalho, se pode estimar o valor do término CisWi utilizando os dados da
Tabela 5.4.1.b de Cis e Wi para os oligocompostos apresentados. Os valores para o termo
Wi mostrados na Tabela 5.4.1.b foram obtidos de medições totais em 44 aterros para
resíduos municipais da Califórnia. Se um composto interessante não está listado na
Tabela 5.4.1.b, pode-se utilizar um valor de 0,001 como estimação de Wi. As
concentrações de saturação Cis para outros oligocompostos orgânicos são apresentadas
na Tabela 5.4.1.c. Quando for estimar no campo de trabalho o valor do termo CisWi,
deverão ser feitas medidas implantando uma sonda de gás através da cobertura do
aterro até um ponto exato ao atravessá-la, e registrar a concentração do composto e a
temperatura nesse ponto do aterro. Obtendo medições reais no campo de trabalho se
pode estimar a taxa média de emissão-muito mais rápida.
Tabela 5.4.1.a – Coeficiente de Difusão dos Oligocompostos
TEMPERATURAS
Compostos
0ºC
10ºC
20ºC
30ºC
40ºC
50ºC
COEFICIENTE DE DIFUSÃO (D)
Etilbenzeno
0,052
0,055
0,059
0,062
0,066
0,069
Tolueno
0,056
0,060
0,064
0,068
0,073
0,077
Tetracloroeteno
0,053
0,057
0,061
0,065
0,069
0,073
Benzeno
0,066
0,070
0,075
0,081
0,086
0,091
1,2-Dicloroetano
0,063
0,068
0,072
0,077
0,082
0,088
Tricloroeteno
0,059
0,063
0,067
0,072
0,077
0,082
1,1,1Tricloroetano
0,058
0,062
0,067
0,071
0,076
0,081
Tetracloreto de
caborno
0,058
0,062
0,066
0,071
0,075
0,080
Clorofórmio
0,065
0,070
0,075
0,080
0,085
0,090
1,2-Dicloroeteno
0,077
0,082
0,087
0,092
0,097
0,102
Diclorometano
0,074
0,080
0,085
0,091
0,097
0,103
Cloreto de vinila
0,080
0,085
0,091
0,098
0,104
0,110
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
Tabela 5.4.1.b – Medidas e saturações das concentrações de 10 compostos traçadas
em fase gás
Concentração em mg/m3
Máximo medido*
Valor de saturação
Benzeno
135,9
319.000
Clorobenzeno
6,8
54.000
Etilbenzeno
414,5
40.000
1,1,1 – Tricloroetano
86,3
715.900
Cloroeteno
89,2
8.521.000
Tetracloroeteno
1.331,7
126.000
Tricloroeteno
85,1
415.000
Diclorometano
871,5
1.702.000
Triclorometano
63,9
1.027.000
Tolueno
1.150,5
110.000
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
*Medições tomadas em 44 aterros da Califórnia (adaptado).
Compostos
Fator de escala, Wi
0,0004
0,0001
0,01
0,0001
0,00001
0,01
0,0002
0,0005
0,00001
0,01
Tabela 5.4.1.c – Concentração de Vapor dos Oligocompostos
TEMPERATURAS
Compostos
0ºC
10ºC
20ºC
30ºC
40ºC
50ºC
CONCENTRAÇÂO DE VAPOR SATURADO (Cis)
Etilbenzeno
12,48
23,47
42,44
73,08
119,7
189,9
Tolueno
36,26
62,65
110,9
180,4
278,5
420,9
Tetracloroeteno
39,95
74,27
127,1
210,7
340,0
581,9
Benzeno
123,9
208,1
325,0
504,6
740,7
1.063
1,2-Dicloroetano
139,6
230,0
363,0
560,7
831,9
1.194
Tricloroeteno
154,5
268,4
424,8
654,5
984,1
1.417
1,1,1Tricloroetano
282,2
461,3
715,59
1.081
1.580
2.240
Tetracloreto de
caborno
289,3
470,9
741,2
1.124
1.648
2.353
Clorofórmio
427,9
676,7
1.026
1.517
2.166
3.012
1,2-Dicloroeteno
626,7
961,8
1.428
2.048
2.862
3.901
Diclorometano
773,6
1.165
1.702
2.410
3.322
4.472
Cloreto de vinila
4.701
6.413
8.521
11.090
14.130
17.660
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
5.5 - Controle Passivo dos Gases de Aterro
O controle do movimento dos gases de aterro é feito para reduzir as emissões
atmosféricas, para minimizar a saída de emissões com mau cheiro, para minimizar a
migração subsuperficial de gás, e para permitir a recuperação de energia a partir do
metano. Os sistemas de controle são classificados como passivos e ativos. Nos sistemas
passivos de controle de gás, se utiliza a energia em forma de vácuo induzido para
controlar o fluxo de gás. É possível obter o controle passivo dos gases, principais e
oligogases, enquanto se estão produzindo os gases principais a altas velocidades,
proporcionando caminhos de mais alta permeabilidade para guiar o fluxo de gás na
direção desejada. Por exemplo, uma vala de brita pode servir para conduzir o gás até um
sistema de ventilação com queimador. Quando a produção dos principais gases é
limitada, os controles passivos não são muito eficazes, porque a difusão molecular será
o mecanismo de transporte predominante. Contudo, nesta etapa da vida do aterro talvez
não seja tão importante controlar a emissão residual de metano presente no gás de
aterro. O controle das emissões de COV (Compostos Orgânicos Voláteis) pode precisar
do uso de ambas as instalações, passivas e ativas.
5.5.1 - Ventilação para rebaixar a pressão/queimadores na cobertura do aterro
Um dos métodos passivos mais comuns para controlar os gases de aterro se baseia
no fato de que se pode reduzir a migração lateral dos gases de aterro rebaixando a
pressão do gás dentro do interior do aterro. Para esta finalidade, são instaladas chaminés
através da cobertura final da massa de resíduos sólidos (ver Figura 5.5.1). Se o metano
no gás que está escapando for de concentração suficiente, então podem ser conectadas
várias chaminés equipadas com um queimador de gás. Quando se utilizam queimadores
de gás residual, a chaminé deve penetrar nas células de lixo. A altura do queimador de
resíduos pode variar superficialmente de 3,00 a 6,00 m. O queimador pode ser aceso
manualmente ou com uma chama piloto contínua. Para conseguir o máximo proveito da
instalação de um queimador de gás de resíduos sólidos deverá utilizar a chama piloto
(ver Figura 5.5.2). Há que ressaltar, contudo, que as chaminés passivas com
queimadores talvez não obtenham uma destruição eficaz dos odores e dos COV, não
alcançando as exigências para o controle da qualidade do ar de muitos órgãos
ambientais e, por tanto, não é considerada sua utilização como uma boa prática.
Respirador de gás de PVC, 10 a 15 cm
Solo
compactado
90 cm
Respirador de gás de PVC, 10 a 15 cm
Geomembrana circular soldada com
solvente a guia e soldado por extrusão
ao recobrimento de geomembrana.
90 cm
Guias de PVC
com junta de
borracha
Selador (mistura
de areia-betonita)
Areia c/
geotêxtil em
cima e embaixo
Recobrimento
geomembrana
Variável
Variável
Furos de
Ø11 cm a
cada 15 cm
Furos de
Ø11 cm a
cada 15 cm
(a)
(b)
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
Figura 5.5.1 – Chaminés de gás utilizadas na superfície de um aterro para o controle passivo do
gás de aterro: (a) Chaminé de gás para um aterro que não contém um recobrimento com
geomembrana, e (b) Chaminé de gás para um aterro que contém um recobrimento com
geomembrana sintética.
5.5.2 - Valas perimetrais de interceptação
Segundo Tchobanoglous et al. (1994), a interceptação do movimento lateral dos
gases de aterro pode ser feita utilizadando as valas perimetrais, que consiste em valas
interceptoras cheias de brita que contém tubulações horizontais de plástico perfurado
(normalmente cloreto de polivinila, PVC, ou polietileno, PE) (ver Figura 5.5.3). A
tubulação perfurada está conectada a chaminé vertical, através da qual o gás de aterro
que se acumula no recheio do fundo da vala pode se dirigir para a atmosfera. Para
facilitar a coleta do gás na vala, frequentemente é instalado um recobrimento de
membrana na parede da vala que está localizada no lado externo do aterro.
5.5.2.1 - Vala perimétrica tipo barreira
As valas do tipo barreira (ver Figura 5.5.3b) normalmente são preenchidas com
materiais relativamente impermeáveis, como betonita ou massa de argila. Neste caso, a
base se converte em uma barreira física para o movimento lateral subsuperficial. O gás
de aterro se distancia da face interna da barreira com chaminés para a extração de gás de
aterro ou com bases cheias de brita. Contudo, as bases podem sofrer ruptura por
dessecação, e por tanto são utilizadas mais freqüentemente em projetos para interceptar
as águas subterrâneas. A eficácia das bases de barreira, em longo prazo, para controle da
migração dos gases de aterro é incerta (Tchobanoglous et al., 1994).
Queimador, respiradouro
ou tela para o vento.
Fornecimento de gás
para a chama piloto
Cinta de
encanador
3.00 m
Corrente
Bombona de
gás (opcional)
0.69 m
Terra compactada
União (opcional)
Tubulação de aço (ou PVC)
perfurada de 5-7,5 cm
Brita #2
Variável
(a)
~
0.60 m
(b)
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
Figura 5.5.2 - Queimador típico tipo candelabro para gás de resíduos, utilizado para queimar o
gás de aterro procedente de um poço de ventilação ou de vários poços de ventilações
interconectados: (a) sem chama piloto e (b) com chama piloto.
Saída de gases da
tubulação perfurada. Gás
queimado ou difundido à
atmosfera
Aterro
Drenagem
Vala de brita em
volta do aterro
Gás de aterro
Aterro
Parede
de
barro
colocada em volta do
aterro
Tubulação
perfurada para a
eliminação de gás
(a)
(b)
Gás de aterro
Gás de aterro queimado
ou convertido em energia
Poços de coleta
de gás
Parede de barro
projetada de modo
de baixa
permeabilidade
Sistema de cobertura
impermeável
Poço cheio de
brita
Sistema de
isolamento
impermeável
(c)
Sistema de coleta de lixiviado
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
Figura 5.5.3 – Instalações passivas utilizadas para controlar o gás de aterro: (a) base
interceptora recheada com brita y com tubulação perfurada; (b) base de barreira perimétrica, e
(c) uso de recobrimento impermeável no aterro. Há que ressaltar, que as bases interceptoras
perimétricas são usadas para controlar a migração de gás de aterro em aterros sem recobrimento.
5.5.3 - Barreiras impermeáveis dentro dos aterros
Nos aterros modernos, o movimento dos gases através das formações adjacentes
do solo é controlado, antes de começar as operações de enchimento, como a construção
de barreiras de materiais que são mais impermeáveis que o solo (ver Figura 5.5.3c).
Alguns dos materiais usados para este fim são identificados na Tabela 5.5.1. Para
controlar o lixiviado, o mais comum é o uso de argilas compactadas e geomembranas de
várias classes, simples ou em configurações multilaminares. Como os principais gases e
os oligogases se difundem através dos recobrimentos de argila, atualmente muitos
órgãos ambientais exigem o uso de geomembranas para limitar o movimento dos gases
de aterro.
Tabela 5.5.1 – Materiais seladores de aterro para o controle do movimento de gás
e lixiviado
Selador
Classificação
Tipos
Solo compactado
_
Comentários
Deverá conter algo de argila e lodo fino.
O material de selagem mais frequentemente
Argila compactada
Betonitas, ilitas, caolinitas
usado para os aterros; a espessura da camada
varia de 0,15 a 1,2 m; a camada deve ser
contínua, não permitindo que se seque ou trinque.
Químicas inorgânicas
Químicas sintéticas
Recobrimento de
membrana sintética
Cabornato de sódio, silicato ou
pirofosfato
Polímeros, borracha de látex
bem definida.
Frequentemente utilizado para o controle do
butílica, polietileno, recobrimentos
lixiviado; utilização incrementada para controlar
reforçados de nylon
o gás de aterro.
impregnado de borracha, tecido de
polietileno recoberto de asfalto,
concreto asfáltico
Outros
Experimental; sua utilização em campo não está
Cloreto de polivinila, borracha
Asfalto modificado, asfalto
Asfalto
Seu uso depende das características do solo local.
Concreto jateado, cimento de solo,
cimento plástico de solo.
A capa deve ser suficientemente espessa para
manter a continuidade inferior das diferentes
condições de consolidação.
Não são utilizados com freqüência no controle do
movimento de gás e lixiviado por gretas de
concentração após a construção.
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
5.5.4 - Uso de barreiras absorventes para oligogases dentro do aterro
Com base nos resultados dos programas de amostragem feitos pela Junta de
Califórnia para Gestão Integral de Resíduos, é claro que os oligogases estão presentes
nos aterros em concentrações bastante variáveis. Gradientes de alta concentração
causam um elemento de fluxo de oligogases de grande difusão, até mesmo quando há
pouquíssimo transporte por convecção da mistura de gás principal em forma de fluxo. A
utilização de material absorvente, tal como composto, pode retardar a saída de
oligogases. Desta forma, os mecanismos de transformação bióticos e/ou abióticos
podem contar com mais tempo para degradar os oligocompostos absorvidos.
5.5.5 - Controle Ativo de Gases de Aterro com Instalações Perimétricas
É possível controlar o movimento de gás de aterro mediante o uso de chaminés e
bases perimétricas para a extração de gás, criando um vazio parcial que origina um
gradiente de pressão em direção a chaminé de extração. O gás extraído é queimado para
controlar as emissões de metano e COV, ou se utiliza para produzir energia. O uso de
chaminés com injeção de ar pode ser descrita na seguinte maneira:
a) Chaminés perimétricas para a extração de gás e para o controle de odores
Normalmente as chaminés (ver Figura 5.5.4.a) perimétricas são utilizadas em
aterros com profundidades de resíduos sólidos de pelo menos 8,00 m, quando a
distância entre o aterro e a urbanização adjacente é relativamente pequena. Trata-se de
uma série de chaminés verticais instaladas pra dentro do aterro ao longo de sua borda ou
pra dentro na área localizada entre a borda do aterro e a base do lugar. Cada chaminé é
conectada a um tubo coletor simples que depois será conectado a um compressor
elétrico centrífugo, que produz vácuo (pressão negativa) no coletor e nas chaminés
individuais. Quando é aplicado o vácuo, é criada uma zona ou raio de influência que se
propaga à massa dos resíduos sólidos ao redor de cada chaminé e dentro da qual o gás
gerado é aspirado para a chaminé. Normalmente o gás extraído do aterro é ventilado ou
queimado, de uma maneira controlada, na estação do compressor. Também é possível
utilizar o gás extraído como fonte de energia se a quantidade que se pode recolher e a
qualidade são suficientes.
O desenho de uma chaminé de extração de gás consiste em uma tubulação de 10 a
16 cm de diâmetro (sempre de PVC ou PE) colocada em uma abertura de 0.45 a 0.90 m
(ver Figura 5.5.5). De um terço à metade inferior, a tubulação é perfurada e colocada
sobre um recheio de brita. A parte que não é perfurada se coloca num aterro de solo
(preferencialmente) ou de resíduos sólidos. São espaçadas as chaminés para que suas
zonas de influência sejam sobrepostas. A diferença dos poços para a água, a zona de
influência para as chaminés verticais é essencialmente uma esfera estendida em todas as
direções a partir da chaminé de extração (ver Figura 5.5.4.a). Por esta razão, se deve
tomar muito cuidado para evitar uma sobre carga no sistema. Taxas de extração
excessivas podem fazer com que o ar originário do solo se infiltre na massa de resíduos.
Para prevenir a entrada de ar, a taxa de fluxo de gás para cada chaminé deve ser
controlada cuidadosamente. Para esta finalidade são equipadas as chaminés com
tomadas para amostragem do gás e válvulas para controlar o fluxo. De acordo com a
profundidade do aterro e outras considerações locais, o espaço entre as chaminés
perimétricas variará de 8.00 a 16.00 m, ainda que se haja utilizado distâncias maiores.
Em grandes aterros, também são utilizadas chaminés perimétricas verticais para a
extração do gás localizado no interior do aterro em conjunto com chaminés horizontais
e verticais maiores. As chaminés perimétricas são utilizadas para controlar a migração
fora do lugar dos gases de aterro nos bordos e superfícies do aterro. Quando são
utilizadas chaminés perimétricas para controlar as emissões odoríferas através das
superfícies de aterro, mantêm-se as superfícies de aterro com ligeiro vácuo.
Condução de gás
Poço de gás
Poço de gás de
extração de gás de
aterro
Resíduos
Corte – AA’
Estação de
extração
Condução de
gás
Zona
aproximada
de influência
A’
Borda do
aterro
A
Sondas de
controle de
gás
Coletor de
condensado
(a)
Zona
aproximada
de influência
Estação de
extração
1
1-Vala recheada;
Recobrimento
de membrana
sintética
2
2-Tubulação coletora
de gás.
Corte BB’
Coletor de
condensado
Borda do
aterro
B’
Vala de
extração de
gás
B
(b)
Sondas de
controle de
gás
Tubulação
coletora de
gás perfurada
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
Figura 5.5.4 - Instalações ativas utilizadas para o controle subsuperficial da migração
do gás de aterro: (a) chaminés perimétricas para a extração do gás do aterro e (b) vala
perimétrica para a extração do gás de aterro.
Conexão
flexível
Ponto de
amostragem
Registro de passe
Câmara
Condução de gás
Recheio
Válvula de 0,5 cm
0.90 m
Entrada para medir o
fluxo de gás
0.15 m
Recheio de brita
0.80 m
Profundidade do poço variável
Betonita
Tubulação de PVC
Variável
União telescópica
0.60 m
Betonita
Variável
Tubulação ranhurada de PVC
0.30 m
Brita
Buraco de
Ø 0.76 m
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
Figura 5.5.5 - Detalhe representativo de uma chaminé para a extração do gás de aterro.
(cortesia da Junta de Califórnia para a Gestão Integral de Resíduos).
b) Valas perimétricas para a extração de gás
As bases perimétricas de extração (ver Figura 5.5.4.b) normalmente são instaladas
no solo original adjacente do perímetro do aterro. São utilizadas normalmente em
aterros pouco profundos, com profundidades de 8.00 m ou menos. As bases estão cheias
de brita e contém tubulações de plástico perfuradas que se conectam lateralmente a um
coletor e compressor centrífugo de extração. As valas de extração podem estender-se
verticalmente desde a superfície do aterro até a profundidade total dos resíduos ou até a
água subterrânea, e podem ser seladas adicionalmente na superfície com um
recobrimento de membrana. O compressor cria uma zona de pressão negativa em cada
vala que se estende para os resíduos sólidos. O gás de aterro migrando nesta zona é
aspirado pela tubulação perfurada e coletado, e subsequentemente emitido ou queimado
na estação do compressor. Também podem ser feitos ajustes no fluxo mediante válvulas
de controle em cada vala (Tchobanoglous et al., 1994).
c) Chaminés perimétricas com injeção de ar (sistema de cortina de ar)
As chaminés perimétricas com injeção de ar é uma série de chaminés verticais
instaladas no solo original entre os limites do aterro e as instalações que devem ser
protegidas contra a intrusão de gás do aterro. Normalmente são instaladas as chaminés
com injeção de ar perto do aterro com profundidades de resíduos de 7.00 m ou mais, em
áreas de solo inalterado entre o aterro e as propriedades potencialmente afetadas
(Tchobanoglous et al., 1994).
5.6 - Técnicas Utilizadas em Monitoramento de Gás Metano
Segundo Börjesson et al. (2000), o método tradicional de medição de campo das
emissões de gás metano (CH4) em um aterro é o uso de câmaras estáticas, que são
colocadas na superfície do aterro com uma parte aberta aderida a superfície, medindo
então a concentração de gás metano acumulado na câmara. Este método é bastante
simples, porém trabalhoso, pois requer a proporção total de emissões do aterro.
Tabelas 5.6 – Estimativas de emissões totais de metano de resíduos sólidos
domiciliares
Quantidade de
Emissões
Resíduos (kg)
(g CH4 m-2 h-1)
29
*
1.9a,b
Rússia (Moscou)
60
(24 x 106 m3)
0.60a,b
Japão (Tókio)
200
31 x 109
8.3
França (desconhecido)
3
*
0.44
EE.UU (Oak Ridge)
7
*
0.27
EE.UU (Nashua)
24
2 x 109
2.58 - 2.80b,c
Holanda (18 sítios)
1.7 – 30
0.17 – 2.3 x 109
0.05 – 10.2b
Suécia (Hagby)
0.4
10 x 106
0.90
Holanda (Nauerma)
60
5.4 x 109
0.375
França (Randy-Condé)
8
*
0.06 – 3.7d
Suécia (Falköping)
3
(0.3 x 106 m3)
1.25
SITUAÇÃO
ÁREA (ha)
Alemanha (Lübars)
Referência
Jager e Peter,
1985
Nozhevnikova et
al. 1993
Tohjimay e
Wakita, 1993
Pokryszka et al.
(1995)
Hodve et al.
(1995)
Mosher et al.
(1996)
Oonk e Boom,
1995
Börjesson e
Svensson, 1997
Scharffy e
Hensen, 1999
Trégourès et al.
(1999)
Galle et al. 2001
Fonte: Börjesson et al., 2000
a
Recalculado de valores anuais
b
Foram feitas conversões supondo que 1 m3 CH4 = 1 Nm3 CH4 = 0.656 kg CH4
c
Foram usados dois métodos; câmaras/ geoestatística e gás traçador
d
Sete métodos diferentes; três com câmaras e quatro de tecnologias de teledetecção
* Não se sabe ao certo
Isto se deve principalmente a heterogeneidade espacial da cobertura do aterro.
Contudo, o método é apropriado somente para comparações entre diferentes partes de
um sítio, ou para seguir as mudanças dinâmicas devido a fatores climáticos e outros. A
maior parte do metano escapa por algumas partes debilitadas da camada de cobertura do
aterro, o que a maioria das vezes é difícil de identificar e medir. Investigações recentes
indicam que estes lugares quentes se movem com o tempo (Börjeson et al., 2000). As
razões podem ser que a intensidade da produção de metano se translada entre diferentes
partes de um sítio, dependendo da composição dos resíduos e pelo tempo em que se
produz a degradação, assim como mudar os materiais de cobertura devido a diferenças
de umidade, afetando as características da difusão de gás, como também o transporte de
gás e provavelmente a oxidação de metano mediante bactérias nas coberturas de solo
próximas a superfície. Os dados existentes das emissões de metano de aterros se
encontram na Tabela 5.6. O primeiro informe de Jager e Peters (1985) se baseava em
medições com câmaras estáticas colocadas no que se consideravam áreas
representativas durante diferentes épocas de uma estação. Börjesson e Svensson (1997)
usaram câmaras colocadas em um eixo. As câmaras estáticas também foram usadas por
Nozhevnikova et al. (1993) e Mosher et al. (1996) (in Börjesson et al., 2000), ordenadas
em forma de grelhas para possibilitar um tratamento geoestatístico de dados (krigagem)
para a integração de câmaras individuais. Este tipo de estatística também foi aplicado
por Pokryszka et al. (1995) que utilizou uma câmara dinâmica (com fluxo de gás inerte
para o arraste). Exemplos de teledetecção e tecnologia usada na superfície são, um
detector de ionização de chama móvel (FID) (Tohjima e Wakita 1993), e diodos laser
(Hovde et al., 1995; Scharffy e Hensen, 1999) (in Börjesson et al., 2000). O gás
traçador foi usado em combinação com o FID (Mosher et al., 1996; Trégourès et al.
1999) e combinado com as análises FTIR (Transformação Infra-Vermelha Fourier) –
(Galle et al., 2001). A meteorologia local em combinação com o FID foi usada em 18
sítios da Holanda por Oonk e Boom (1995). Sua informação é a primeira que conta com
uma recontagem nacional de dados de campo calculados. Estimaram as emissões de gás
metano dos aterros controlados dos Países Baixos em 1993 em 282 Gg de metano (364
gerados, 51 captados e 31 oxidados) com uma classe de incerteza de 170 – 405 Gg. Isto
levou a redução da recontagem anterior em uns 25%.
5.6.1. Estudos comparativos de técnicas utilizadas em medições de metano
Czepiel et al. (1996) têm feitos estudos comparativos, e também têm publicado
um cálculo para o estado norte-americano de New Hampshire. Este grupo publicou mais
tarde um estudo similar (Morsher et al., 1999). Em ambas as informações, se conclui
que as câmaras estáticas (em combinação com a geoestatística) e uma técnica de
teledetecção com gás traçador/FID deram resultados comparáveis. Tanto Oonk e Boom
(1995) como Trégourès et al. (1999) informaram que os métodos micrometeorológicos
deram valores mais baixos que as câmaras. Trégourès et al. (1999) compararam sete
métodos diferentes para medir emissões de metano. Dois tipos de diodo laser deram
valores mais baixos que outros métodos. Câmaras, FID e FTIR deram resultados
similares. Galle et al. (2001) usaram gás traçador, combinado com medições óticas
(FTIR), o que mostrou emissões 4 vezes maiores que uma estimação comparativa,
baseada em câmaras/geoestatística (Börjesson et al., 2000). A diferença se deve
provavelmente a uma grelha demasiadamente rígida das câmaras, para cobrir os lugares
quentes, é dizer que são fluxos mais altos. É demonstrado também que os resultados
das câmaras contêm uma variação enorme. Mais além de sua limitada confiabilidade,
outro aspecto importante é o consumo do tempo. Em consideração, estas câmaras
também são inferiores as técnicas de tecnologias de teledetecção e superficiais (Oonk e
Boom, 1995, Czepiel et al., 1996, Börjesson et al., 2000). As tecnologias de
teledetecção obviamente são superiores e hoje são as únicas confiáveis para determinar
as emissões totais de metano em aterros (Sic Böjersson et al., 2000).
5.7 - Oxidação de Metano
5.7.1. Bactérias oxidadoras de metano
Parte da difusão de metano nos materiais de cobertura dos aterros pode ser
oxidada mediante bactérias metanotróficas, que utilizam as seguintes reações para
ganhar energia e carbono para seu crescimento (Hanson e Hanson, 1996):
CH4 CH3OHHCHOHCOOHCO2
(5.7)
É gerada energia em todos os passos, exceto o primeiro. O HCHO (formaldeido)
intermediário pode ser usado por bactérias para as síntesis de novo material celular. O
HCHO também pode ser transformado e armazenado com polímeros. Os polímeros
também podem ser eliminados, alguns em quantidades tão consideráveis que a ação da
bactéria de oxidação de metano é bloqueada (Hilger et al., 1999).
Tabela 5.7 – Estimativas de oxidação de metano em aterros sanitários feitos com
análises de metano 13C
Proj. de CH4
Local
Nº de aterros
Método
oxidado (% das
Referência
emissões)
Alemanha,
2
Câmaras
39/46
6
Pluma
10
1
Pluma
12 ± 8
Flórida, EE.UU
1
Câmaras
20 ± 3
Suécia
2
Câmaras
>20
Holanda
New Hampshire,
EE.UU
New Hampshire,
EE.UU
Bergamaschi et
al., 1998
Liptay et al.,
1998
Chanton et al.
1999
Chanton e Liptay,
2000
Börjesson et al.,
2001
Fonte: Börjesson et al., 2000
Mediante o uso de análises PLFA (ácidos graxos de fosfolipídeos) é mostrado que
a oxidação de metano em coberturas de aterros pode estar vinculada com dois tipos
principais de bactérias metanotróficas, mas não tão simples de interpretar (Börjesson et
al., 1998). Os métodos de biologia molecular foram desenvolvidos recentemente, o que
permite uma determinação de organismos oxidantes de metano em amostras de solo
(Wise et al.,1999), mas ainda não são feitas medições quantitativas com esta técnica.
5.7.2. O significado da oxidação de metano em aterros controlados
Comparações na capacidade de oxidação de metano com medições em incubações
de amostras de solo em excesso de metano (Whalen et al. 1990, Börjesson et al. 1998),
e em experimentos de coluna (Kightley et al., 1995), têm dado resultados similares com
uma capacidade de oxidação entre 0.14 e 16.8 gCH4 m-2 h-1. Estas capacidades seriam
suficientes para captar a maior parte de metano produzido no interior destes aterros, mas
obviamente não é este o caso. Recentemente, tecnologias de
13
C para a estimação da
oxidação de metano foram desenvolvidas para ser utilizadas em estudos de aterros.
Provavelmente esta é a maior metodologia na atualidade. O método (descrito por Liptay
et al.,1998) mostra o hábito de que as metanotróficas preferem o metano que contém
isótopos comuns, sem grandes importância os de
12
C, discriminando o metano que
contém o
13
C mais pesado. A oxidação de metano então, pode ser estimada mediante
comparações contendo
13
C em metano da superfície do aterro com
13
C em metano
encontrado em seu interior (na parte anaeróbia). Requer saber quão grande é esta
discriminação, por exemplo, se deve determinar o fator de fracionamento αox. Este fator
varia segundo o tipo de solo e as temperaturas. De forma similar às medições de
emissões totais com técnicas de gás traçador também deveriam ser feitas análises do 13C
do metano na pluma, porque é importante incluir fluxos dos lugares quentes. De outra
maneira há um risco de superestimar a oxidação. Uma comparação entre os valores
obtidos de medições de câmara e pluma, indica uma tendência a valores mais baixos de
pluma que de câmara (Böjersson et al., 2000).
Entre os fatores climáticos, a temperatura provavelmente é o regulador mais
importante. Experimentos com 13C têm demonstrado que não há oxidação de metano em
temperaturas abaixo de 0ºC (Chanton et al., 1999, Börjesson et al., 2001). Destes
resultados, também é claro, que a oxidação ocorreu somente na camada superficial.
5.8 - Gestão do Gás de Aterro
Normalmente, os gases de aterro que hão de ser recuperados de um aterro ativo
podem ser queimado ou utilizado para a recuperação de energia em forma de
eletricidade. Recentemente, há de se sugerir a separação do dióxido de carbono do
metano no gás de aterro, como uma alternativa a produção de calor e eletricidade.
5.8.1 - Incineração dos gases de aterro
Um método comum para tratar os gases de aterro é a destruição térmica, onde é
queimado o metano e qualquer outro oligogás (incluindo COV) na presença de oxigênio
(contido no ar), produzindo-se dióxido de carbono (CO2), dióxido de enxofre (SO2),
óxidos de nitrogênio e outros gases relacionados. A destruição térmica dos gases de
aterro normalmente é feita em uma instalação de combustão especialmente projetada.
Pelas inquietações existentes acerca da contaminação do ar, as instalações modernas são
projetadas para cumprir rigorosas especificações de operação, que assegurem a
destruição total de COV e de outros compostos similares que podem estar presentes no
gás de aterro. Por exemplo, um requisito típico poderia ser uma temperatura de
incineração mínima de 815 ºC e um tempo de residência de 0,3 a 0,5 s, assim como
diversos controles e uma instrumentação adequada na estação de combustão. Na Tabela
5.8.1 estão resumidas as especificações para uma instalação moderna de combustão.
Tabela 5.8.1
Elementos de projeto importantes para os queimadores de gás de aterro selados a
nível de solo
Dispositivos
Observações
Utilizado para medir e registrar a temperatura
do gás na chaminé do queimador. Quando o
Indicador e registrador de temperatura
queimador está funcionando, deve ser mantida
uma temperatura de 815 ºC ou mais na
chaminé segundo o indicador de temperatura,
0,3 s depois de passar através do queimador.
Sistema de rearranque do piloto automático
Para assegurar um funcionamento contínuo.
Utilizam-se o alarme e o sistema de
Alarme de mau funcionamento com sistema
automático de isolamento
isolamento para isolar o queimador de
fornecimento de gás, interromper o ventilador
e notificar a alguém responsável sobre a
interrupção.
Grelha de ar de combustão automaticamente
Utilizada para controlar a quantidade de ar de
controlada
combustão e a temperatura da chama.
Escotilhas de amostragem na fonte, com único
acesso seguro
Utilizadas para supervisionar o processo de
combustão e para a amostragem das emissões
atmosféricas.
Deve haver suficientes pontos de inspeção
Pontos de inspeção
para permitir um reconhecimento visual da
localização do sensor de temperatura dentro
da chama.
Deveria dispor de uma tela de calor entorno
Tela de calor da chama
do ponto mais alto de reforço para sua
utilização durante a amostragem.
Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)
5.8.2 - Sistemas para recuperação de energia a partir do gás de aterro
Normalmente, o gás de aterro é convertido em eletricidade (ver Figuras 5.8.1a e
b). Em instalações pequenas (até 5 MW), é comum utilizar motores de combustão
interna que usam combustíveis (ver Figura 5.8.1a) ou turbinas de gás. Quando são
utilizados motores tipo êmbolo, é necessário processar o gás de aterro para separar toda
a umidade possível, de forma que sejam minimizados os danos para as cabeças dos
cilindros. Se o gás contiver H2S, a temperatura de combustão deve ser controlada
cuidadosamente a fim de evitar problemas de corrosão. Alternativamente, pode ser feito
passando o gás de aterro através de uma depuradora que contenha limalha de ferro ou
através de depuradoras patenteadas, para separar o sulfeto de hidrogênio antes de
queimar o gás.
As temperaturas de combustão também serão de grande importância quando o gás
de aterro apresentar COV procedentes dos resíduos colocados em aterros, antes que seja
proibida a evacuação de resíduos perigosos nos aterros municipais. O ciclo típico dos
motores que utilizam como combustível o gás de aterro varia de 3.000 a 10.000 horas,
para motores não-recondicionados. O gás de aterro com baixo poder calorífico se
comprime a altas pressões, para aproveitá-lo melhor na turbina de gás. O ciclo de
serviço normal para turbinas que queimam gases de aterro é aproximadamente de
10.000 horas.
Gerador
Combustível
gasoso
Motor para dois combustíveis
de combustão interna
Eletricidade
Escape
(a)
Gás comprimido
Câmara de combustão
Combustível
gasoso
Compressor
de gás
T1
Ar ambiente
T2
Escape
T1-Turbina compressor.
T2-Turbina de gás.
(b)
Fonte: Tchobanoglous et al., 1994
Figura 5.8.1 - Diagrama de fluxo esquemático para a recuperação de energia a partir de
combustível gasoso: (a) utilizando motor de combustão interna, e (b) utilizando turbina
a gás.
Eletricidade
Gerador
5.8.3 - Purificação e recuperação do gás
Segundo Tchobanoglous et al. (1994),
a
possibilidade
de
aproveitar
potencialmente o CO2, contido no gás de aterro, poderá ser feita mediante a separação
do CH4 e o CO2. A separação de CO2 e de CH4 pode ser realizada mediante absorção
física, absorção química, e mediante separação por membrana. Nas absorções física e
química, um componente se absorve preferencialmente utilizando um solvente
adequado. A separação mediante membrana implica o uso de uma membrana
semipermeável para separar o CO2 do CH4. Futuramente serão desenvolvidas
membranas semipermeáveis que deixam passar o CO2, H2S e H2O, enquanto é retido o
CH4. Existem membranas em forma de lâminas planas ou em fibras ocas que já são
utilizadas. Para incrementar a eficácia da separação, as lâminas são retorcidas em forma
de espiral sobre um meio suporte, enquanto as fibras ocas são feitas em juntas
agrupadas.
5.9 - LFG (Landfill Gás) Aplicações, Economias e Utilização
Existem cinco maneiras de se recuperar a energia a partir do LFG, são estas:
- aquecimento direto;
- geração elétrica;
- suprimento alimentar químico;
- purificação do gás da qualidade do sistema de coleta; e
- recuperação calorífica.
Cada um destes métodos tem uma variedade de aplicação do LFG. Uma lista
completa de aplicações e tecnologias é mostrada abaixo:
a) Aplicações de aquecimento direto:
- Uso industrial para caldeiras;
- Aquecimento e refrigeração do espaço;
- Aquecimento/ pós-queima industrial.
b) Aplicações de geração elétrica:
- Processamento e uso em máquinas de troca de combustão interna (RICReciprocating Internal Combustion) (i.e., combustão estequiométrica ou
combustão fina);
- Processamento e uso em gás e turbinas a vapor;
- Processamento e uso em células combustíveis.
c) Suprimento alimentar em Processos de Produção Química:
- Conversão do metanol (e opcional industrial ou uso combustível veicular);
- Conversão em combustível diesel (e subseqüente uso como combustível
veicular);
d) Purificação do gás da qualidade do sistema de coleta:
- Utilização como combustível veicular;
- Incorporação na rede local do gás natural.
e) Recuperação calorífica através dos queimadores (Flares) do aterro (Landfill):
- Usando o ciclo orgânico de Rankine;
- Usando o ciclo motor de Stirling.
5.9.1 - As economias de controle e utilização do gás de aterro
5.9.1.1 - Vantagens de Recuperação de Energia do LFG
As vantagens de recuperação de energia incluem a diminuição das emissões de
metano, NMOCs (Compostos Orgânicos Não-Metano), e tóxicos (e.g., benzeno,
tetracloreto de carbono, e clorofórmio). Embora as emissões de dióxido de carbono
(CO2) aumentem com a opção de recuperação de energia, o balanço atmosférico é
positivo, porque as emissões de CO2 são significantemente inferiores à radiação (i.e., o
suposto efeito estufa é menor) do que as emissões de metano.
5.9.1.2 - Economias de conversão do LFG em Energia
Em média uma recuperação energética a partir do LFG é aproximadamente de 3
MW (megawatts), com avaliação tipicamente acima de 95%. O número comercial de
recuperação energética do LFG aumentou a partir de 4 em 1981 para quase 130 em
1996. Embora tenha havido um aumento do numero de projetos, a EPA estima que mais
de 700 aterros existentes nos EUA poderiam instalar sistemas de coleta de gás
economicamente viáveis, mas não o tem. Além disso, aproximadamente 30 projetos de
conversão original e de uso direto iniciados nas décadas de 1970 e 1980, que tiveram
que fechar devido às condições de mercado competitiva de 1990. Por essa razão, apesar
de que são muitas as vantagens da recuperação de energia a partir do LFG, existem
projetos comerciais de pouco sucesso relativo ao número de aterros de RSU, devido o
prevalecimento das condições de mercado e o arranjo de outras barreiras formidáveis
que confronta com o projeto desenvolvido. A barreira mais significativa é a de óleo
baixo (low oil) e gás natural, que faz recuperação e conversão, apresentando com isto
custo alto de capital inicial, falta de economias de escala, e alto custo de transporte,
descompetitividade na maioria dos casos. A Tabela 5.9.1 mostra uma comparação
decorrente de custos para as tecnologias mais populares de recuperação energética de
LFG. A Tabela 5.9.2 mostra a comparação das condições consideradas necessárias pela
indústria para conseguir uma relação custo-benefício de controle do LFG (gás de aterro)
e utilização de projetos.
Tabela 5.9.1 - Comparação de Custos por Tecnologias típicas de Recuperação de
Energia de LFG (Dólares de 1992)
Custo de operação e
Custo capital
manutenção
Tecnologia/uso
(US$/ KW)
(US$/KWh)
Máquina de combustão interna / Geração
900 a 1.200
0,013 a 0,020
elétrica
Turbina a gás/Geração elétrica
1.000 a 1.500
0,01 a 0,015
a
Turbina a vapor/Geração elétrica
900
0,001a
Aquecedor/Calor direto
1.000 a 1.500
0,005 a 0,018
Classificação orgânica/Recuperação
1.000 a 1.500
0,005
calorífica
Célula de combustível/Geração elétrica
+3.000b
NDc
Fontes: T.D. Williams, “Making Landfill Gas an Asset,” Solid Waste and Power (July/August 1992),
p. 22; and C.E. Anderson, “Selecting Electrical Generating Equipment for Use with Landfill Gas,”
Proceedings of the SWANA 16th Annual Landfill Gas Symposium (Louisville, KY, March 1993).
a
dólares de 1993 .
b
dólares de 1995 - dólares, usando tecnologia de 1995.
c
Não disponível
Tabela 5.9.2 - Condições Necessárias Para Custos Competitivos Em Utilização de Projetos de LFG.
Projetos desenvolvidos/
Fontes
Tecnologia
Laidlaw Technology,
Inc.a (1992)
Turbina a gás
International Fuel
Cells Corporationb
(Estudo conceitual)
Célula Combustível:
tecnologia madura e
economi de escala
International Fuel
Cells Corporationb
(Estudo conceitual)
Célula Combustível:
tecnologia madura e
economi de escala
NDb,c
Sistema queimador
Custos
administrativos e
desnvolvimento
Pode variar
grandemente,
de US$30.000 a
US$1 milhão/kW
para um projeto de
1MWe
US$1.500/kW
(incluindo créditos
e assumindo 50%
de recuperação
calorífica vendido a
US$2,92/ milhão de
Btu)
$3.000/kW
(incluindo créditos
e assumindo 50%
de recuperação
calorífica vendido a
US$2,92/ milhão de
Btu)
Aproximadamente
US$375/
milhão de ft3 LFG
processado por ano
Excluído
do
Mínimo
Condições Mínimas Necessárias
Preço mínimo
Royalties para Comprime
pago por
créditos do
nto da
eletricidade
aterro e
tubulação
(se
emissões
aplicável)
Taxas de
incentivos
Ao menos de
US$0.06 a
US$0,07 por kWh
Menor que
12,5%
Menor que
2 milhas
Taxa de créditos
necessária
quando os
preços da
energia são
baixos
US$0,04 por kWh
Emissões
compensativas:
US$1.000/t de
NOX
e SOX
ND
Sim
4 x 200
kW
US$0,072/kWh
Emissões
compensativas:
US$1.000/t de
NOX
e SOX
ND
Sim
ND
US$0,07/kWh
Nenhum
ND
Não
>1 MW
4 x 200
kW
Fontes: aG.R. Jansen, “The Economics of LFG Projects in the United States,” presented at the Symposium on LFG/Applications and Opportunities
(Melbourne, Austrália, February 27, 1992).
b
G.J. Sandelli, Demonstration of Fuel Cells To Recover Energy from Landfill Gas. Phase I Final Report: Conceptual Study, EPA-600-R-92007, prepared by International Fuel Cells Corporation for the U.S. Environmental Protection Agency (Washington, DC, January 1992).
c
G.J. Sandelli (1992) and Science Applications International Corporation, Renewable Energy Annual 1996. Stubask II: Issues, prepared for
the Enegy Information Administration under Contract Nº DE-AC01-92-EI21944 (McLean, VA, September 11, 1996).
Btu = British thermal units. kwh = kilowatthours. MWe = megawatt-eletric. ND = Não Disponível.
137
5.9.1.3 - Economias de Geração Elétrica
Geralmente, existem três aplicações para a geração elétrica a partir do LFG:
Motores de combustão interna, turbinas a gás, e células combustíveis. Como de 1992,
eram aproximadamente 61 projetos que gerariam eletricidade usando motores de
combustão interna (IC) e 24 turbinas, calcula-se num total de produção de 344 MWh.
Hoje, a maioria dos aterros opera com projetos de recuperação de energia sob um
contrato de uso. Motores IC são mais econômicos quando o suprimento de LFG é
suficiente para produzir 1 a 3 MWh. Turbinas são mais econômicas para locais com
produção acima de 3 MWh. As vantagens dos motores de combustão incluem
comparativamente capital de custos baixos (entre US$950 e US$1.250/kW), eficiência,
um alto grau de padronização, e facilidade de se transportar de um lado para o outro do
aterro. Uma das desvantagens com motores IC (internal combustion) são as emissões.
Existem dois tipos de motores IC, cada um apresentando características distintas de
emissões. Motores de combustão estequiométrica geram altas emissões de óxidos de
nitrogênio (NOx). Motores fina-queima geram emissões de NOx e CO baixas, deste
modo são melhor utlizados para aplicações onde estas emissões são preocupantes.
Existem várias desvantagens econômicas no uso de turbinas a gás subalimentadas.
De acordo com o Gerenciamento de Resíduos da América do Norte, turbinas a gás
subalimentadas tipicamente têm perda de energia parasíticas de 17% da saída bruta.
Para motores IC, esta comparação é de 7%. A diminuição de seu desempenho faz com
que a torne inferior comparado com motores IC, e dificuldades podem ocorrer quando
são operadas com carga menores do que com a carga completa. Outros problemas que
podem apresentar as turbinas: câmaras de combustão fundida, corrosão, e acumulação
de depósitos de lâminas na turbina. Deste modo, motores IC é atualmente a maior opção
favorável para projetos de conversão de energia de LFG e tem aplicação em grandes
números do que alguma outra opção.
No futuro, células de combustível podem vir a ser atrativas por causa de sua alta
eficiência energética, impactos de emissões dispensáveis, e convenientes para todos os
tamanhos de aterro, apesar de alguns estudos sugerirem que células de combustível
seriam mais competitivas em projetos pequenos (menor que 1 MW) e médios (menor
que 3 MW). Somando-se a isto o baixo custo de operação e manutenção. Atualmente,
138
entretanto, desvantagens econômicas e técnicas tornam as células combustíveis não
competitivas com as técnicas mais convencionais. Estas incluem um custo alto de
capital, para se projetar um processo de limpeza do LFG que possa remover os
constituintes traços do LFG (células de combustível necessitam de uma maior grade de
purificação de LFG do que as outras), e custo alto da própria célula de combustível
(cerca de US$3.000/kW usando tecnologia do estado-da-arte). Por causa dos avanços
continuados da tecnologia de células combustível e a possibilidade futura de um maior
rigor no controle de emissões gasosas, que tornam outras tecnologias mais custosas,
alguns estudos estimam que as células de combustível se tornarão mais competitivas por
volta do fim deste século. (É estimada uma produção de custo de capital tão baixo
quanto US$1.500/ kW em 1998). De acordo com um estudo feito pelo Instituto de
Pesquisa de Energia Elétrica (EPRI-Eletric Power Research Institute), se usinas
geradoras individuais fossem usadas em aterros, 6.000 MWh de eletricidade poderia ser
gerado do LFG. Um outro estudo preparado pela EPA sugere que, aproximadamente, o
total de energia liberada, gerada em cerca de 7.500 aterros, usando células combustível
de recuperação de energia, pudesse ser de 4.370 MWh.
139
VI – ESTUDO DE CASO
6.1 - Central de Tratamento de Resíduos de Adrianópolis
A SA PAULISTA de Construções e Comércio ganhou a concessão para a
implantação e operação por 20 anos da Central de Tratamento de Resíduos de Nova
Iguaçu incluindo também a recuperação ambiental do antigo Lixão de Marambaia e a
execução da coleta e tratamento dos Resíduos de Serviços de Saúde.
A CTR de Nova Iguaçu entrou em operação em 13 de fevereiro de 2003, numa
área de 1,2 milhões de metros quadrados. É composta por um aterro sanitário (para
resíduos classes IIa e IIb de acordo com a NBR 10004), uma unidade de tratamento de
percolados (chorume), uma unidade de tratamento de resíduos de serviços de saúde
(ambulatoriais e hospitalares) e uma unidade de britagem de entulho.
Fonte: CTR – Nova Iguaçu
Figura 6.1 - Vista parcial do aterro sanitário em operação
Está localizada no distrito de Vila de Cava, a cerca de 10 km do centro urbano
da cidade, com acesso pela Rodovia Presidente Dutra, no sentido Rio-São Paulo, através
da Estrada de Adrianópolis (RJ 113) na altura do viaduto da Posse, perfazendo uma área
total de 1.200.000 m2, caracterizado por um terreno com topografia acidentada,
constituída por morrotes recortados e áreas planas à jusante. A área faz divisa com a
subestação de Adrianópolis, de Furnas Centrais Elétricas S.A.
140
Fonte: http://www.pageatlas.hpg.ig.com.br
CTR – Nova Iguaçu
(Aterro Sanitário
Adrianópolis)
Fonte: http://www.dner.gov.br/rodovias/mapas
Figura 6.2 - Mapa de Localização do Aterro Nova Iguaçu (CTR)
141
A área situa-se próximo aos centros geradores de lixo, oferecendo economia nos
custos de transportes, não dispõe de concentração urbana em suas imediações e
apresenta características topográficas e paisagísticas favoráveis à operação do aterro.
Os morros que circundam a área constituem uma proteção natural no que diz respeito à
dispersão de odores, ao arraste de lixo pelo vento e a agressão à estética. Apresenta
também de grande disponibilidade de solos argilosos que são empregados como área de
empréstimo para a cobertura diária dos resíduos.
Fonte: CTR – Nova Iguaçu
Figura 6.3 - Layout da área total do aterro sanitário
6.1.1 - Quantidade de Resíduo Gerada
Segundo a S.A. Paulista (2004), o total de lixo recebido por dia no aterro, em
média, é de 1000 t.
Os resíduos recebidos pelo aterro são das classes IIA (não inerte) e IIB (inerte) de
acordo com a classificação da nova NBR 10004 (2004) da ABNT.
Existem 54 Estabelecimentos de Saúde cadastrados, que geram três toneladas de
resíduo por dia os quais eram depositados no aterro Metropolitano de Gramacho e
passaram a ser processados na CTR Nova Iguaçu.
A Tabela 6.1 apresentada a seguir, mostra os dados fornecidos pela prefeitura de
Nova Iguaçu, que detalham as quantidades de resíduo depositadas, em toneladas, na
nova CTR da cidade.
142
Tabela 6.1 - Resíduos Depositados na CTR - Nova Iguaçu (toneladas)
Fev/03
Mar/03
Abr/03
Mai/03
Jun/03
Jul/03
Ago/03
Set/03
Out/03
Lixo
Domiciliar
7.414,61
13.564,72
13.884,10
14.574,45
11.845,28
11.942,93
10.837,14
10.502,73
11.298,00
Público a
Granel
7.321,51
17.527,13
8.039,12
13.290,35
11.845,28
15.337,91
13.282,47
10.613,53
12.692,24
Nov/03
11.949,44
Dez/03
14.784,76
Mês/Ano
276,70
476,48
102,51
174,03
381,57
336,53
497,45
727,42
604,58
Grandes
Geradores
30,95
463,79
63,02
137,03
5.113,13
15.012,82
31.568,33
22.025,73
28.038,83
24.103,08
28.081,16
24.680,08
21.980,71
29.707,95
10.919,07
601,30
10.821,75
34.291,56
11.353,78
466,61
5.423,14
32.028,29
4.645,19
22.052,81
291.518,55
Total (=)
132.598,16
132.222,39
Fonte: Prefeitura Nova Iguaçu.
Varrição
Total
6.1.2 - Caracterização do Aterro Sanitário
Dentro das principais características básicas, que foi projetado o Aterro Sanitário,
para minimizar impactos ambientais locais e regionais, podem ser destacadas:
Sistema eficiente de drenagem e canalização das nascentes naturais, existentes na
sua área de implantação;
Sistema de impermeabilização de fundação, para evitar a contaminação do lençol
freático local;
Sistema de lançamento, espalhamento e compactação, que assegurará a
maximização de disposição, por metro quadrado da área do aterro;
Sistema de recobrimento diário dos resíduos recebidos, a fim de se evitar a
proliferação de vetores danosos à saúde pública (insetos, aves, roedores, etc.), e
também para minimizar a geração de percolados (chorume);
Sistema eficiente para drenagem e coleta de percolados da fundação e do maciço,
para coleta do chorume gerado pela operação do aterro, bem com a agregação de um
sistema moderno de tratamento de chorume, que vem sendo largamente empregado
na Europa e principalmente nos Estados Unidos;
Sistema de Tratamento de percolados através de implantação de Evaporadores com
controle eficiente para evitar lançamento de particulados na atmosfera;
143
Recobrimento final eficiente, para minimizar impactos ambientais desfavoráveis
após o seu encerramento;
Sistema de tratamento e inertização de resíduos sólidos dos serviços de saúde para
posterior destino final no Aterro Sanitário;
6.1.3 - Canalização das Nascentes d'água Existentes na Área do Aterro
O projeto foi desenvolvido de forma que as duas nascentes existentes na área de
implantação do aterro sanitário serão convenientemente canalizadas previamente à
implantação da camada de impermeabilização.
O projeto previu a implantação de um eixo principal de drenagem (espinha de
peixe), constituído por uma tubulação de diâmetro interno de 0,40m para captar a água
das nascentes e conduzi-la até a drenagem natural na borda da rodovia de acesso ao
aterro. Essa tubulação foi projetada para apresentar ramificações de modo a captar as
águas de nascentes distintas e que venham a convergir para o talvegue existente na
região.
Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)
Figura 6.4 - Dreno das nascentes
144
As águas das nascentes canalizados por este sistema serão aproveitadas para o
suprimento das unidades de apoio do Viveiro de mudas e como bebedouro para
avifauna presente, servindo de indicador da qualidade da água.
2.00 MIN.
2.00 MIN.
TAPE DRENANTE
AREIA MÉDIA A GROSSA
(AREIA)
LAVADA (CR>60%)
>0.70
AREIA MÉDIA GROSSA LAVADA
FOFA (CR=40%)
RACHÃO
0.35 0.25
1.30
>2.50
MANTA GEOTÊXTIL TIPO OP-60
OU SIMILAR
TUBO CA 3 PERFURADO
400 mm
0.50
BRITA Nº 4
1.00
CAMADA DE SOLO COMPACTADA A
90% DO ENSAIO PROCTOR NORMAL
Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)
Figura 6.5 - Detalhe do dreno principal da nascente
Segundo Almeida (2005), este dreno é uma variante do dreno francês, o qual tem
sido muito criticado, sendo mais indicado o de camada drenante em toda a base.
Segundo Mahler (2005), o custo de implantação desses drenos é menor em relação
ao de camada drenante, o que justifica o uso destes drenos.
6.1.4 - Tratamento e Impermeabilização de Fundação
Sobre a camada de solo compactada, é aplicada uma Geomembrana de Polietileno
de Alta Densidade - PEAD de 1,5mm de espessura, texturizadas em ambas as faces.
Esta geomembrana é largamente utilizada, em caráter mundial, para impermeabilização
do solo em obras de Aterro Sanitário.
145
Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)
Figura 6.6.a – Manta PEAD sobre a base preparada
Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)
Figura 6.6.b – Cobertura de solo sobre a manta PEAD
146
A principal função da geomembrana é o de evitar a contaminação do lençol
freático com a criação de uma barreira artificial à percolação do chorume, proveniente
da decomposição de resíduos e também da ação de águas pluviais, bem como garantir as
condições mecânicas necessárias para a manutenção do sistema.
As geomembranas foram aplicadas através de faixas, de cerca de 7 a 8m de
largura. Foram ancoradas nos taludes, através dos próprios dispositivos de drenagem de
percolados, ou de trincheiras escavadas e reaterradas.
A proteção de geotêxtil tem sido utilizada protegida por uma camada mínima de
solo de 0,30m. Essas camadas visam evitar o puncionamento das geomembranas por
elementos pontiagudos e/ou perfurantes, que ocorrem na massa de resíduos recebidos
pelos aterros.
6.1.5 - Disposição dos Resíduos
Os resíduos recebidos no aterro são lançados em camadas de até 5,0m de altura,
espalhados em camadas inclinadas de espessura máxima de 0,30m, e compactadas
pela passagem de seis passadas de trator de esteiras do tipo D6. Ao final de cada
ciclo de 24h, os resíduos são recobertos com uma camada de solo de espessura
mínima de 0,30m, a fim de evitar percolações oriundas de precipitações
pluviométricas e, principalmente evitar proliferação de insetos, aves e roedores. A
camada de cobertura é obtida dos retaludamentos dos taludes das encostas do aterro
e, de projetos específicos pela escavação de solo em áreas de empréstimo, as quais ao
final dos trabalhos serão retaludadas adequadamente recebendo tratamento
paisagístico.
É mostrada a seguir a disposição dos resíduos no aterro despejados pelos
caminhões na área.
147
Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)
Figura 6.7.a – 1ª Disposição de resíduos no aterro
Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)
Figura 6.7.b - Disposição de resíduos no aterro
148
6.1.6 - Sistema de Drenagem de Percolados e Gases
Este sistema será concebido com três dispositivos básicos: poços verticais, drenos
horizontais e drenos de talude, descritos a seguir:
Os Drenos de Gás foram projetados de forma a permitir a drenagem dos gases
para a atmosfera, bem como a drenagem do percolado (chorume) gerado durante a
operação e após o encerramento do aterro, ao sistema de drenagem de percolados da
fundação. Em anexo há um mapa de localização dos drenos interligados entre si.
Constitui-se por tubos perfurados de concreto, com diâmetro de 0,40m, envoltos
por um anel de rachão com espessura de 0,50m, o qual é contido por uma tela metálica
TELCON tipo Q335.
Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)
Figura 6.8 - Dreno vertical nº. 1 de biogás
A função do rachão é coletar o percolado (chorume) das camadas de resíduos e
conduzi-los aos drenos principais de fundação, enquanto que o tubo de concreto visa
assegurar uma superfície livre, para drenagem dos gases, onde uma parte é aproveitada
para o tratamento do chorume e outra para a atmosfera, através de CO2.
149
Estes drenos são alteados simultaneamente à disposição dos resíduos sólidos
recebidos.
Drenos Horizontais - projetados para captar o chorume e os gases gerados nas células e
conduzi-los aos drenos verticais de gás. Foram implantados na base do aterro onde
seguem o alinhamento dos drenos de brita da fundação.
6.1.7 - Sistemas de Drenagem de Águas Pluviais
Para coletar e afastar as águas oriundas de precipitações pluviométricas foi
projetado o sistema de drenagem que considerou que todas as superfícies expostas
apresentam declividades direcionadas para os pontos mais baixos (região central).
Caixas de dissipação foram implantadas no pé do Aterro Sanitário, de onde partem
tubos de drenagem reaterrados, interligando essas caixas de dissipação ao riacho
existente ao local da rodovia que interliga Nova Iguaçu a Adrianópolis.
6.1.8 - Instrumentação de Controle e Monitoramento
a) Marcos Superficiais
Instalados junto aos taludes externos do aterro, a fim de registrar as deformações
verticais e deslocamentos horizontais, do maciço de resíduos.
Os dados coletados por esses dispositivos permitem avaliar o comportamento do
aterro, visando antever potenciais tendências anômalas, que possam comprometer a
segurança global, bem como indicar eventuais instalações localizadas.
b) Piezômetros
Determinam e registram os níveis piezométricos dos percolados no maciço dos
aterros, oriundos de bolsões isolados de chorume e/ou devido a potenciais deficiências
de drenagem provocadas por deformações excessivas do aterro. Avaliar a existência de
potenciais pressões de gás do maciço.
c) Poços de Monitoramento
Possibilitam a avaliação e o monitoramento da posição do lençol freático antes da
implantação, durante a operação e após o encerramento dos aterros.
150
6.1.9 - Aproveitamento do Biogás
Quanto às emissões atmosféricas, todo o biogás gerado pela decomposição
da matéria orgânica do lixo é drenado, canalizado e será encaminhado para a geração de
energia elétrica (10 MW) e térmica. O metano produzido (aprox. 55% do Biogás é gás
metano) no aterro, em vez de queimado, será canalizado e encaminhado para um
gerador, que produzirá energia elétrica.
Este é o primeiro projeto brasileiro de minimização de gases efeito estufa e
geração de energia limpa a partir de resíduos sólidos (biogás) apoiado pelo Banco
Mundial atraindo interesse do Governo da Holanda que, através do Banco Mundial
(Bird), fechou contrato com a Central para a compra de créditos de carbono, baseado no
Protocolo de Quioto.
6.2. Aterro Controlado Terra Brava
Desde 1983, o destino final do lixo coletado é o aterro controlado Terra Brava,
situado na região metropolitana do Rio de Janeiro, apresenta em suas proximidades
várias residências. Além disso, o local é uma zona de mananciais e florestas. O aterro
está a 7 km do centro urbano da cidade, com 12 km dos distritos de limpeza, ficando ao
menos de 20 km da área mais remota da cidade.
A região onde está o aterro encontra-se uma nascente, uma sub-bacia e uma bacia
hidrográfica. Estes três corpos d’água são partes do rio principal que lança suas águas
na Baia da região metropolitana.
A vegetação da região foi praticamente devastada, predominando em bom estado
de conservação uma cobertura do tipo capoeirão, caracterizada por ser uma floresta
secundária bastante desenvolvida. Segundo os moradores da região, esta floresta abriga
vários animais de pequeno porte. Nas áreas desmatadas nota-se um aumento erosivo e a
presença do capim colonião, vegetação invasora e empobrecedora do solo favorecendo a
erosão.
O relevo local é bastante acidentado, estando à área do aterro localizada no fundo
de um vale. O solo da região é argilo-arenoso, com pH por volta de 5,0.
A área ocupada pelo aterro é maior que 95.000 m2, já incluída a expansão no sítio
vizinho.
151
Os resíduos depositados são provenientes de coleta pública e domiciliar, em média
de 500 toneladas por dia de resíduos, sendo que no local há presença de catadores
separando materiais recicláveis dos não-recicláveis do lixo. Só em 1995, foram
despejados no aterro Terra Brava 209.887 t, sendo: 99.183 t de lixo domiciliar; 45.435 t
de lixo de varrição de praia e 65.269 de outros resíduos. Os resíduos recebidos pelo
aterro são das classes IIA (não inerte) e IIB (inerte) segundo a norma NBR 10004
(2004) da ABNT.
A operação de despejo dos caminhões é feito da seguinte forma: Após a pesagem
dos veículos coletores de resíduos sólidos na balança situada na entrada e saída desses
veículos (caminhões), estes se dirigem a área de despejo, despejando o lixo coletado. Os
catadores começam a atuar, enquanto os tratores de esteiras empurram o lixo
espalhando-o e compactando-o. Parte deste lixo não é coberto de forma adequada, ou
seja, coberto irregularmente. O material usado para cobertura é extraído da própria área
do entorno, por meio de desmontes e cortes na encostas.
No local há instalados drenos verticais para drenagem dos gases provenientes do
processo de decomposição biológica dos resíduos, sendo estes gases lançados à
atmosfera. Entretanto, não há ainda uma forma de captar o gás produzido para seu
aproveitamento energético, porém vem sendo estudada esta possibilidade de utilização
do biogás.
Além da grande quantidade de vetores transmissores de doença, principalmente
moscas, há também outros insetos que podem ser observados. Observa-se a presença de
urubus em grande quantidade, em que utilizam as matas vizinhas para fazerem seus
ninhos, procriando-se com muita facilidade.
O aterro também está situado próximo a um núcleo populacional. Em um dos
loteamentos, os moradores que compõem este núcleo são os mais prejudicados, pois a
rua que dá acesso as suas moradias, o início dessa rua está situado a uma distância
aproximada de 65,00 metros do muro de contenção que limita a área do aterro.
6.2.1 – Sistema de Coleta de Gases e Percolados
O sistema de coleta é constituído por três dispositivos básicos: drenos verticais,
drenos horizontais e drenos de talude, descritos a seguir:
152
A drenagem dos gases é feita por meio de drenos verticais que foram construídos
de forma a permitir a saída dos gases para a atmosfera, como também direcionar o
percolado (chorume) gerado durante a operação e após o fechamento do aterro, ao
sistema de drenagem de percolados da fundação. Em anexo há um mapa de localização
dos drenos de gás.
6.2.2 – Recuperação do Biogás
Com relação aos gases emitidos dos drenos de gás, no momento não são
recuperados para uso energético, com isso tendem a aumentar a carga de poluente na
atmosfera.
Existe uma previsão feita pela empresa administradora do aterro, em se colocar
uma unidade de tratamento para o percolado e a utilização do gás para geração de
energia, a qual trará grandes lucros para a administradora do aterro.
6.3 - Produção de Gases nos aterros Nova Iguaçu e Terra Brava relacionados ao
Processo de Decomposição Biológica ou Digestão Anaeróbia
Os gases produzidos nos aterros Nova Iguaçu e Terra Brava estão relacionados aos
estágios de decomposição biológica. Rizo e Leite (2004) observam que esta degradação
é resultado de interações complexas os quais são descritas abaixo:
1° Estágio: Hidrólise e Fermentação
2° Estágio: Acetogênese e Deidrogenação
3° Estágio: Metanogênese
A Tabela abaixo mostra a relação dos gases produzidos pela decomposição
biológica relacionados aos três estágios de decomposição.
Tabela 6.3 – Estágios de Decomposição Biológica e Gases Produzidos
Gases
Produzidos no
Processo
CO2
Estágios
1º Hidrólise e
Fermentação
2º Acetogênese
XXXX
XXXX
CH4
H2 S
3º Metanogênese
XXXX
XXXX
153
O 1º Estágio compreende a produção de gases dióxido de carbono (CO2) e
Hidrogênio (H2) gerados pelas bactérias hidrolíticas-fermentativas, em que estas
realizam a hidrólise dos compostos carboidratos, proteínas e lipídeos originando outros
compostos (açucares, aminoácidos, ácidos graxos de cadeias longas e álcoois) que
quando fermentados geram ácidos, outros álcoois e gases.
O 2º Estágio há a produção de gases CO2, H2S (gás sulfídrico) e H2, sendo estes
gases são provenientes do processo de decomposição anaeróbia causada por três grupos
distintos de bactérias: Acetogênicas, Homoacetogênicas e Redutoras de Sulfato. Estas
bactérias utilizam os intermediários solúveis, o acetato, o hidrogênio e o dióxido de
carbono, provenientes do 1º estágio, produzindo mais acetato, H2, CO2 e H2S.
O 3º Estágio, conhecido como metanogênese, as bactérias metanogênicas
(anaeróbias estritas) produzem o metano (CH4), a forma mais gasosa reduzida do
carbono na natureza. As espécies bacterianas (Archae metanogênicas) são responsáveis
pela fase limitante do processo, que através da descarboxilação do acetato ou da redução
do dióxido de carbono pelo hidrogênio, ocorre à produção de metano. As metanogênicas
utilizam substratos para seu crescimento e produção de metano, dentre estes podem ser
citados o ácido acético, o hidrogênio, o dióxido de carbono, o formiato, metilaminas e o
metanol, em que quase todos estes substratos são utilizados por um gênero de bactérias
a Methanosarcina. As espécies que utilizam o acetato (metanogênicas acetotróficas ou
acetoclásticas) são do gênero Methanothrix e Methanococus mazei. As demais espécies,
em sua maioria, são hidrogenotróficas, isto é, convertem dióxido de carbono e
hidrogênio em metano.
154
Fonte: Rizzo e Leite, 2004
Figura 6.9 - Representação esquemática da interação interespécies nos bioreatores
anaeróbios (Adaptação de Barbosa,1988, Vazoller, 1993 e Saw et al., 1988)
As bactérias redutoras de sulfato (BRS), consideradas como acetogênicas, são
normalmente encontradas em associação com as metanogênicas em ambientes
anaeróbios. A redução dos íons sulfato a sulfeto é energeticamente favorecida em
relação à produção de metano. Em sistemas anaeróbios com concentrações baixas de
íons sulfato as bactérias exercem o papel de formadoras de substratos metanogênicos,
principalmente acetato e hidrogênio a partir de outros substratos orgânicos solúveis
(Vazoller,1993) (in Rizzo e Leite, 2004). No entanto, em presença de elevadas
concentrações de íons sulfato, estas passam a competir com as metanogênicas pelo
mesmo substrato, isto é, acetato e H2 (Speece,1983) (in Rizzo e Leite, 2004).
155
6.4 - Descrição dos Drenos em relação aos resíduos aterrados
Os drenos de gás do aterro sanitário Nova Iguaçu estão situados em áreas de
resíduos sólidos urbanos de disposição recente. Ou seja, pode ser considerado como lixo
novo o que na classificação de degradação proposta por Rees (1980), significa que o
estágio de degradação pode ser I e II
Para o aterro Terra Brava, os drenos de gás estão localizados em áreas com
resíduos sólidos urbanos dispostos aparentemente há bastante tempo, caracterizando
lixo antigo, com exceção do disposto no dreno de gás 5, que está situado em uma área
de resíduos sólidos de serviços de saúde. Assim, os gases produzidos nos drenos 1, 2, 3
e 4 indicam que o lixo está no estágio de degradação III. No local do dreno 5 a produção
de gases indica que está no Estágio V ou então o dreno encontra-se obstruído.
156
VII - APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES
7.1 - Granulometria do Solo de Cobertura do Aterro Terra Brava
Os ensaios granulométricos realizados no Laboratório de Geotecnia da COPPEUFRJ, os resultados destes ensaios são mostrados sob a forma de gráfico (Figuras 7.1,
7.2 e 7.3).
ARGILA
PENEIRAS:
PORCENTAGEM PASSANDO
100
AREIA
SILTE
MÉDIA
FINA
270
200
100
60
40
PEDREGULHO
FINO
GROSSA
30 20
10
MÉDIO
4
3/8 1/2
GROSSO
3/4 1
11/2 2
3
0
90
10
80
20
70
30
60
40
50
50
PROXIMO
ÃO
PDR 1
PRÓXIMO AO
DRENO
40
60
30
70
20
80
10
90
0
100
0.001
0.01
0.1
1
10
PORCENTAGEM RETIDA
ABNT
100
DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS (mm)
Figura 7.1 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 1
ARGILA
PENEIRAS:
PORCENTAGEM PASSANDO
100
AREIA
SILTE
MÉDIA
FINA
270
200
100
60
40
PEDREGULHO
FINO
GROSSA
30 20
10
MÉDIO
4
3/8 1/2
GROSSO
3/4 1
11/2 2
3
0
90
10
80
20
70
30
60
40
50
50
PROXIMO
ÃO
PDR 22
PRÓXIMO AO
DRENO
40
60
30
70
20
80
10
90
0
PORCENTAGEM RETIDA
ABNT
100
0.001
0.01
0.1
1
10
100
DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS (mm)
Figura 7.2 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 2
157
MÉDIA
FINA
PENEIRAS:
100
PORCENTAGEM PASSANDO
AREIA
SILTE
ARGILA
270
200
100
60
40
PEDREGULHO
FINO
GROSSA
30 20
10
MÉDIO
4
3/8 1/2
GROSSO
3/4 1
11/2 2
3
0
90
10
80
20
70
30
60
40
50
50
PROXIMO
ÃO
PDR 33
PRÓXIMO AO
DRENO
40
60
30
70
20
80
10
90
0
PORCENTAGEM RETIDA
ABNT
100
0.001
0.01
0.1
1
10
100
DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS (mm)
Figura 7.3 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 3
Tabela 7.1 – Percentual de material do solo de cobertura
ATERRO TERRA BRAVA
PROXIMIDADE
MATERIAL
MÉDIA
DRENO 1
DRENO 2
DRENO 3
Pedregulho
21%
25%
25%
24%
Areia
42%
34%
53%
43%
Silte
19%
20%
14%
18%
Argila
18%
21%
8%
16%
Segundo a Tabela acima montada a partir das Figuras 6.a a 6.c, a camada de
cobertura deste aterro é constituída em média de 24% de pedregulho, 43% de areia, 18%
de silte e 16% de argila. Sendo este solo classificado como S (areia), pois é a fração
granulométrica que predomina mais.
158
Tomando a curva característica do solo próximo ao Dreno 3, obtém-se o diâmetro
de D60 é igual a 0,70 mm e D10 é igual a 0,004 mm. Então, o coeficiente de não
uniformidade (CNU) é determinado pela relação:
CNU = D60/D10 = 0,70/0,004 = 175
O solo é considerado como bem graduado por apresentar um CNU>6,
classificando o solo como areia bem graduada ou SW.
O material que passa pela peneira nº 200 (0,075 mm) é mostrado na Tabela 7.3,
sendo que as porcentagens de material são comparadas para saber se o solo de cobertura
terá uma granulação grosseira ou fina.
Tabela 7.2 – Percentual de finos passando pela malha 200
Proximidade
Material de finos passando pela
peneira nº 200
DRENO 1
38%
DRENO 2
43%
DRENO 3
27%
Média
36%
Este solo é de granulação grosseira, pois seus percentuais de finos são menores
que 50%.
159
7.2 – Caracterização da Curva de Retenção de Umidade do Aterro Terra Brava
Umidade Retida (%)
Sucção x Umidade retida
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Próximo ao Dreno
PDR1 1
Próximo ao Dreno
PDR2 2
Próximo ao Dreno
PDR5 5
%Satur
0,01
0,1
1,5
Sucção (MPa)
Figura 7.4 – Sucção versus Umidade Retida
A curva característica do solo indicou uma maior umidade para o solo de
cobertura próximo ao Dreno de gás 1, seguida dos resultados observados no solo
próximo ao Dreno de gás 2 e a seguir próximo ao Dreno 5. Os resultados indicam que o
solo próximo ao dreno 5 tem uma capacidade de retenção de água menor que os outros.
Vale observar que de forma geral a cobertura deste aterro é feita com solo de uma
saibreira relativamente próxima ao aterro. De qualquer forma os resultados do gráfico
acima e da análise granulométrica do solo indicam que a camada de solo de cobertura
próximo ao Dreno 5 é mais permeável que as outras duas camadas
As três curvas no trecho analisado são semelhantes, com exceção de um ponto do
dreno de gás cinco, o que pode ter sido um problema no ensaio. No que se refere à
permeabilidade quanto à passagem dos gases é difícil tirar grandes conclusões a partir
do gráfico acima e da análise granulométrica deste solo. Vale ainda por fim observar,
que a cobertura deste aterro tem sido executada de forma irregular, de forma que a
espessura da camada de cobertura varia de trecho para trecho bem como a forma de
compactação e umidade.
160
7.3 – Resultados dos ensaios da camada de cobertura do Aterro Nova Iguaçu
7.3.1 – Granulometria do solo de cobertura
A constituição do solo da camada de cobertura apresenta um percentual de
material relacionado a cada cota do aterro.
Tabela 7.3 – Constituição do solo por cota de aterro
COTAS (m)
Solo (%)
Areia
Silte
Argila
47.00
31
9
60
48.00
22
8
70
49.40
28
8
64
55.00
50
16
34
Média
32,8
10,3
57
Observou-se que na cota 55.00 a fração predominante é areia ao invés de argila
(Tabela 7.3), ao contrário das outras cotas que tem a argila predominando.
Com relação à granulação, em ser fina ou grosseira, basta saber se o material que
passa na peneira 200 é maior que 50% (granulação fina) ou menor que 50% (granulação
grosseira).
O material que passa #200 é maior que 50%, a granulação, então, é considerada
como fina, como é mostrada na tabela a seguir:
Tabela 7.4 – Material passando na peneira 200
Cotas (m)
% Passando na #200
47.00
73,1
48.00
75,7
49.40
73,0
55.00
51,6
Média
68,4
Assim mais de 50% do material passa na peneira #200.
Como característica complementar da camada de solo de granulação fina, em
indicar o tipo de compressibilidade (Baixa ou Alta), precisará saber os Limites de
consistência do solo (Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade), para determinação
161
do Índice de Plasticidade (IP), onde entrarão com esses valores na carta de plasticidade,
determinando a característica secundária do solo.
Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 7.5.
Tabela 7.5 – Índices de Consistência do Solo
LL (%)
LP (%)
IP (%)
(Limite de Liquidez)
(Limite de Plasticidade)
(Índice de Plasticidade)
47.00
71,8
34,4
37,4
48.00
101,8
40,9
60,9
49.40
75,8
35,0
40,8
55.00
51,9
25,3
26,6
MÉDIA
75,3
33,9
41,4
COTAS (m)
A camada de solo é classificada como sendo CH (argila de alta
compressibilidade), pelo seu LL ser superior a 50% e o Índice de Plasticidade está
acima de 20%.
7.3.2 – Compactação do solo de cobertura
Os gráficos das curavas de compactação são mostrados a seguir.
13.0
peso específico aparente seco ( kN/m3 )
hot - 33.5 %
γ - 12.78 kN/m3
s
12.0
11.0
28.0
30.0
32.0
34.0
36.0
38.0
40.0
umidade ( % )
Figura 7.5 – Compactação do solo da cota 47.00
162
15.0
peso específico aparente seco ( kN/m3 )
hot - 28.7 %
γ - 14.10 kN/m3
s
14.0
13.0
12.0
22.0
24.0
26.0
28.0
30.0
32.0
34.0
umidade ( % )
Figura 7.6 – Compactação do solo da cota 48.00
15.0
peso específico aparente seco ( kN/m3 )
hot - 29.5 %
γ - 14.10kN/m3
s
14.0
13.0
12.0
24.0
26.0
28.0
30.0
32.0
34.0
36.0
umidade ( % )
Figura 7.7 – Compactação do solo da cota 49.40
163
16.0
peso específico aparente seco ( kN/m3 )
hot - 21.0 %
γ - 15.85 kN/m3
s
15.0
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
26.0
umidade ( % )
Figura 7.8 – Compactação do solo da cota 55.00
Tabela 7.6 – Umidade ótima e Peso específico
Cotas
(m)
Umidade Ótima
(%)
Peso Específico Seco
(KN/m3)
47.00
48.00
49.40
55.00
Média
28,7
33,5
29,5
21,0
28,18
14,10
12,78
14,10
15,85
14,21
O solo apresenta uma umidade média de 28,18% e peso específico seco médio de
14,21 KN/m3.
A média está dentro da faixa de 28 a 30% para umidade ótima e 14 a 15% para o
peso específico seco.
Para as cotas 48.00, 47.00 e 49.40, suas umidades ótimas estão acima da média,
mas para seus pesos específicos secos seus valores estão abaixo da média (14,21
KN/m3). Nota-se também que para as cotas 47.00 e 49.40 seus pesos específicos são
iguais.
164
7.3.2.1 – Ensaios CBR/ ISC (Índice Suporte Califórnia)
Os resultados obtidos nestes ensaios são mostrados na Tabela 7.7. Para o ISC
obtiveram-se dois valores iguais de 9,9% relacionados às cotas 47.00 e 55.00 m. A
média do ISC da em torno de 8,0%, sendo este valor menor que o da cota 49.40 (8.9%).
A expansão do solo da cota 48.00 é maior que nos outros das cotas 47.00, 49.40 e 55.00
m. A média de expansão do solo fica em 0,7%, que é menor que 1,7% (cota 48.00 m) e
maior que os da cota 47.00, 49.40 e 55.00 m.
Tabela 7.7 – Índice Suporte Califórnia
Cotas
(m)
ISC
(%)
Expansão
(%)
47.00
9.9
0.3
48.00
3.4
1.7
49.40
8.9
0.4
55.00
9.9
0.5
7.3.3 – Permeabilidade do solo de cobertura
Tabela 7.8 – Permeabilidade do solo
Cotas
(m)
47.00
48.00
49.40
55.00
Média
Permeabilidade média
(cm/s)
5,14 x 10-7
7,60 x 10-7
4,67 x 10-7
3,65 x 10-7
5,27 x 10-7
A permeabilidade média dos solos é na ordem de 10-7 cm/s (10-9 m/s), que
caracteriza uma permeabilidade muito baixa.
165
7.5 - Aplicação dos modelos School Canyon e Lima:
Para aplicação dos dois modelos foram usados parâmetros de entrada conforme a
Tabela 7.9.
Tabela 7.9 – Parâmetros de entrada dos modelos
Modelos
Parâmetros de entrada
Aterro Nova Iguaçu (CTR)
Aterro Terra Brava
365000
182500
0.04
0.04
Potencial de geração (m /t)
170
100
Ano de abertura
2003
1983
Ano de encerramento
2028
2008
50
50
70
70
61,80
51,59
9,93
16,92
170
100
4
4
10
10
Quantidade de resíduos
SCHOOL CANYON
(t/ano)
Taxa de produçãoa (ano-1)
b
3
Anos de produção após o
encerramento
Fator de recuperação
assumido (%)
Fração do resíduo facilmente
degradável (%)*
Fração do resíduo
moderadamente degradável
LIMA
(%)*
Potencial de geraçãob (m3/t)
Tempo de bioestabilização
para FD (anos)
Tempo de bioestabilização
para MD (anos)
a
Valor k de 0.04/ano são para áreas que recebem mais do que 25” de chuvas por ano e 0.02/ano
são para áreas que recebem menos que 25” de chuvas por ano (EPA, 1997).
b
O potencial de geração de metano (L0) está relacionado a fração orgânica dos resíduos
(Principalmente celulose). Quanto maior a celulose contida nos resíduos maior será o potencial
de geração. O valor 170 m3/t são para resíduos que apresentam maiores quantidades de celulose
e 100 para resíduos que apresentam menores quantidades de celulose (LandGEM – V3.02
User’s Guide, 2005).
166
*Os aterros não possuem composição gravimétrica dos seus resíduos
correspondente à fração facilmente degradável e moderadamente degradável. Então,
para aplicar o modelo de Lima, foi adotada para cada município a composição média
correspondente aos bairros do município do Rio de Janeiro que se assemelham aos
municípios de Nova Iguaçu e TB.
O município TB apresenta uma composição gravimétrica do lixo municipal
semelhante a dos bairros Tijuca e Botafogo do município do Rio. Da mesma forma,
acredita-se, que a composição gravimétrica do município de Nova Iguaçu é semelhante
a dos bairros Campo Grande e Bangu do município do Rio.
Esta comparação está relacionada aos padrões sócio-econômicos como,
população, padrões de vida, nível educacional, hábitos e costumes e outros, que vem
refletir sobre a composição do lixo.
Tabela 7.10 – Composição Gravimétrica
Bairros
Composição
Tijuca
Botafogo
Bangu
Campo Grande
54,37%
48,80%
60,29%
63,3%
Papel
15,98%
17,86%
10,05%
9,81%
Metal
2,16%
2,17%
1,52%
1,55%
Vidro
4,50%
5,70%
2,43%
2,30%
Plástico
18,33%
19,01%
13,60%
14,09%
Outros
4,66%
6,46%
12,11%
8,94%
Matéria orgânica
putrescível
Fonte: COMLURB, 2004
Tabela 7.11 – Composição Gravimétrica Média
Composição
Bairros
Tijuca - Botafogo
Bangu - Campo Grande
51,59%
61,80%
Papel
16,92%
9,93%
Metal
2,17%
1,54%
Vidro
5,10%
2,37%
Plástico
18,67%
13,85%
Outros
5,56%
10,53%
Matéria orgânica
putrescível
Fonte: COMLURB, 2004
167
7.5.1 – Resultados Obtidos com os Modelos School Canyon e Lima
As Tabelas 7.12 e 7.13 mostram a produção anual de metano (CH4) e sua
recuperação obtida pela seguinte equação matemática: QCH4= k L0 mi e-kt, como descrita
no Capítulo V.
Tabela 7.12 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro Terra Brava
ANO
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
.
.
.
.
.
.
.
2058
QCH4 (m3/ano)
0
730000
1431376,291
2105251,223
2752703,142
3374768,108
3972441,558
4546679,897
5098402,028
5628490,825
6137794,543
6627128,176
7097274,764
7548986,64
7982986,64
8399969,257
8800601,751
9185525,22
9555355,625
9910684,772
10252081,26
10580091,41
10895240,09
11198031,61
11488950,51
11768462,32
11307014,31
10863659,94
10437689,74
.
.
.
.
.
.
.
1592688,182
Recuperação Anual de Gás (m3/ano)
0
511000
1001963,403
1473675,856
1926892,2
2362337,676
2780709,091
3182675,928
3568881,419
3939943,577
4296456,18
4638989,724
4968092,335
5284290,648
5588090,648
5879978,48
6160421,226
6429867,654
6688748,937
6937479,34
7176456,884
7406063,985
7626668,063
7838622,13
8042265,36
8237923,625
7914910,02
7604561,959
7306382,819
.
.
.
.
.
.
.
1114881,727
168
Tabela 7.13 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro
Nova Iguaçu
ANO
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
.
.
.
.
.
.
.
QCH4 (m3/ano)
0
2482000
4866679,388
7157854,16
9359190,684
11474211,57
13506301,3
15458711,65
17334566,89
19136868,8
20868501,45
22532235,8
24130734,2
25666554,58
27142154,58
28559895,47
29922045,95
31230785,75
32488209,12
33696328,22
34857076,3
35972310,78
37043816,3
38073307,49
39062431,75
40012771,89
38443848,67
36936443,8
35488145,12
.
.
.
.
.
.
.
Recuperação Anual de Gás (m3/ano)
0
1737400
3406675,572
5010497,912
6551433,479
8031948,097
9454410,908
10821098,15
12134196,83
13395808,16
14607951,01
15772565,06
16891513,94
17966588,2
18999508,2
19991926,83
20945432,17
21861550,02
22741746,39
23587429,76
24399953,41
25180617,55
25930671,41
26651315,24
27343702,23
28008940,33
26910694,07
25855510,66
24841701,59
.
.
.
.
.
.
.
2078
5415139,817
3790597,872
Os gráficos a seguir foram plotados através dos resultados das tabelas (op. cit.),
em que estes mostram a produção e a recuperação anual do gás antes do fechamento e
após o fechamento.
169
Produção de Gás Anual
1,40E+07
1,00E+07
3
Produção de Gás (m/ano)
1,20E+07
Geração de LFG
8,00E+06
Recuperação de LFG
6,00E+06
Até 2008 - São 25 anos
aberto;
Após 2008 - São 50 anos
fechado.
4,00E+06
2058
2053
2048
2043
2038
2033
2028
2023
2018
2013
2008
2003
1998
1993
1988
0,00E+00
1983
2,00E+06
Anos
Fonte: Tabela 7.12
Figura 7.9 – Produção Anual de Gás do Aterro Terra Brava
Produção de Gás Anual
4,50E+07
3,50E+07
3,00E+07
Geração de LFG
2,50E+07
Recuperação de LFG
2,00E+07
1,50E+07
Até 2028 - São 25 anos
aberto;
Após 2028 - São 50 anos
fechado.
1,00E+07
2078
2073
2068
2063
2058
2053
2048
2043
2038
2033
2028
2023
2018
2013
0,00E+00
2008
5,00E+06
2003
3
Produção de Gás (m/ano)
4,00E+07
Anos
Fonte: Tabela 7.13
Figura 7.10 – Produção Anual de Gás do Aterro Nova Iguaçu
170
Conforme o método descrito no Capítulo V aplicou-se este método para os aterros
Nova Iguaçu e Terra Brava, obtendo-se os seguintes resultados nas tabelas 7.14 e 7.15.
A partir desses resultados foram plotados os gráficos que são apresentados após as
tabelas.
Tabela 7.14 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Terra Brava
Peso do Lixo (kg)
Produção de CH4 (m3/ano)
Produção acumulada de CH4
(m3/ano)
Ano
k1
67,87
125562,28
125562,28
1
k2
203,61
376686,83
502249,10
2
k3
210,38
389207,63
891456,73
3
k4
88,18
163124,68
1054581,40
4
k5
30,46
56343,60
1110925,00
5
k6
30,46
56343,60
1167268,60
6
k7
23,69
43822,80
1211091,40
7
k8
16,92
31302,00
1242393,40
8
k9
10,15
18781,20
1261174,60
9
k10
3,38
6260,40
1267435,00
10
Fator kn
Produção de Metano ao longo do tempo
1,40E+06
3
Produção (m/ano)
1,20E+06
1,00E+06
Produção
8,00E+05
Produção acumulada
6,00E+05
4,00E+05
2,00E+05
0,00E+00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Fonte: Tabela 7.15
Figura 7.11 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Terra Brava
171
Tabela 7.15 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Nova Iguaçu
Fator kn
k1
k2
k3
k4
k5
k6
k7
k8
k9
k10
Produção de CH4
(m3/ano)
4916593,80
14749781,40
14996244,00
5655981,60
1109081,70
1109081,70
862619,10
616156,50
369693,90
123231,30
Peso do Lixo (kg)
79,24
237,71
241,68
91,15
17,87
17,87
13,90
9,93
5,96
1,99
Produção acumulada de CH4
(m3/ano)
4916593,80
19666375,20
34662619,20
40318600,80
41427682,50
42536764,20
43399383,30
44015539,80
44385233,70
44508465,00
Ano
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3
Produção (m/ano)
Produção de Metano ao longo dos anos
5,00E+07
4,50E+07
4,00E+07
3,50E+07
3,00E+07
Produção
2,50E+07
2,00E+07
1,50E+07
1,00E+07
5,00E+06
0,00E+00
Produção acumulada
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Anos
Fonte: Tabela 7.16
Figura 7.12 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Nova Iguaçu
172
7.6 – Gráficos
Os gráficos a seguir foram plotados através dos resultados obtidos pelas medições
de campo e análises cromatográficas dos gases (Anexo A) dos aterros Nova Iguaçu e
Terra Brava.
7.6.1 - Explosividade dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
Dreno 1
Limite Inferior de Explosividade
Dreno 2
120
Dreno 3
Dreno 4
100
Dreno 5
Dreno 6
%LEL
80
Dreno 7
Dreno 8
60
Dreno 9
40
Dreno 11
Dreno 10
Dreno 12
Dreno 13
20
Dreno 14
Dreno 15
0
Dreno 16
jul/03
nov/03
mai/04
jul/04
dez/04
Meses
Externa
Lim. M áx.
Fonte: Tabela A.1 (Anexo A)
Figura 7.13 – Limite inferior de explosividade do Aterro Nova Iguaçu
LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDADE
120
%LEL
100
Dreno 1
Dreno 2
80
Dreno 3
60
Dreno 4
40
Externa
Dreno 5
Lim. Máx.
20
0
mar/04 mai/04 jul/04 set/04 nov/04 jan/05 mar/05
Meses
Fonte: Tabela A.9 (Anexo A)
Figura 7.14 – Limite inferior de explosividade do Aterro Terra Brava
173
7.6.2 – Gás metano (CH4) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
Variação de CH4 ao longo do tempo
16
Dreno 1
Dreno 2
Dreno 3
14
Dreno 4
Dreno 5
12
Dreno 6
Dreno 7
CH4 (%Vol)
10
Dreno 8
Dreno 9
8
Dreno 10
Dreno 11
6
Dreno 12
Dreno 13
4
Dreno 14
Dreno 15
2
Dreno 16
Lim. M áx.
0
LEL (%Vol)
jul/03
nov/03
mai/04
jul/04
dez/04
UEL (%Vol)
Meses
Fonte: Tabela A.2 (Anexo A)
Figura 7.15 – Gás metano do Aterro Nova Iguaçu
Variação do CH4 ao longo do tempo
16
14
Dreno 1
CH4 (%Vol)
12
Dreno 2
10
Dreno 3
Dreno 4
8
Dreno 5
6
Externa
Lim M áx
4
LEL (%Vol)
2
UEL (%VOL)
0
mar/04
jun/04
set/04
dez/04
mar/05
Meses
Fonte: Tabela A.10 (Anexo A)
Figura 7.16 – Gás metano do Aterro Terra Brava
174
7.6.3 – Gás dióxido de carbono (CO2) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
Dreno 1
Variação de CO2 ao longo do tempo
Dreno 2
6
Dreno 3
Dreno 4
5
Dreno 5
4
Dreno 7
Dreno 8
Dreno 9
3
Dreno 10
Dreno 11
2
Dreno 12
Dreno 13
1
Dreno 14
Dreno 15
Dreno 16
0
jul/03
nov/03
mai/04
jul/04
dez/04
Externa
Lim. Máx.
Meses
Fonte: Tabela A.3 (Anexo A)
Figura 7.17 – Gás dióxido de carbono do Aterro Nova Iguaçu
Variação do CO2 ao longo do tempo
6
5
CO2 (%Vol)
CO2 (%Vol)
Dreno 6
Dreno 1
Dreno 2
4
Dreno 3
Dreno 4
3
Dreno 5
2
Externa
Lim. Máx.
1
0
mar/04
jun/04
set/04
dez/04
mar/05
Meses
Fonte: Tabela A.11 (Anexo A)
Figura 7.18 – Gás dióxido de carbono do Aterro Terra Brava
175
7.6.4 – Oxigênio (O2) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
Dreno 1
Variação de O2 ao longo do tempo
30
Dreno 2
Dreno 3
Dreno 4
O2 (%Vol)
25
Dreno 5
Dreno 6
20
Dreno 7
Dreno 8
15
Dreno 9
Dreno 10
Dreno 11
10
Dreno 12
Dreno 13
5
Dreno 14
Dreno 15
0
nov/03 mar/04 mai/04
jun/04
jul/04
out/04
dez/04
Meses
Dreno 16
Externa
Lim. M áx.
Fonte: Tabela A.4 (Anexo A)
Figura 7.19 – Oxigênio do Aterro Nova Iguaçu
Variação de O2 ao longo do tempo
30
25
O2 (%Vol)
Dreno 1
20
Dreno 2
Dreno 3
15
Dreno 4
Dreno 5
10
Externa
Lim. M áx.
5
0
mar/04
jun/04
set/04
dez/04
mar/05
Meses
Fonte: Tabela A.13 (Anexo A)
Figura 7.20 – Oxigênio do Aterro Terra Brava
176
7.6.5 – Gás sulfídrico (H2S) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
Dreno 1
Dreno 2
Dreno 3
Variação de H2S ao longo do tempo
Dreno 4
Dreno 5
100
Dreno 6
80
Dreno 7
Dreno 8
60
Dreno 9
Dreno 10
H2S (ppm)
120
Dreno 11
40
Dreno 12
Dreno 13
20
Dreno 14
0
nov/03
mar/04
mai/04
jun/04
jul/04
out/04
dez/04
Meses
Dreno 15
Dreno 16
Externa
Lim. Máx.
Fonte: Tabela A.5 (Anexo A)
Figura 7.21 – Gás sulfídrico do Aterro Nova Iguaçu
Variação de H2S ao longo do tempo
120
100
H2 S (ppm)
Dreno 1
80
Dreno 2
Dreno 3
60
Dreno 4
Dreno 5
40
Externa
20
Lim. M áx.
0
mar/04
jun/04
set/04
dez/04
mar/05
Meses
Fonte: Tabela A.12 (Anexo A)
Figura 7.22 – Gás sulfídrico do Aterro Terra Brava
177
7.6.6 – Temperaturas dos Gases dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
Dreno 1
TEMPERATURAS MENSAIS
Dreno 2
80
Dreno 3
Dreno 4
Temperatura (ºC)
70
Dreno 5
60
Dreno 6
50
Dreno 8
Dreno 7
Dreno 9
40
Dreno 10
Dreno 11
30
Dreno 12
20
Dreno 13
10
Dreno 14
0
Dreno 16
Dreno 15
jul/03 set/03 nov/03 mar/04 mai/04 jun/04
Externa
jul/04 ago/04 out/04 dez/04
M édia mensal
Meses
Fonte: Tabela A.6 (Anexo A)
Figura 7.23 – Temperaturas dos gases do Aterro Nova Iguaçu
TEMPERATURAS MENSAIS
60
Temperaturas (ºC)
Dreno 1
50
Dreno 2
40
Dreno 3
30
Dreno 4
Dreno 5
20
Externa
10
Média
mensal
0
mar/04 mai/04 jul/04
set/04 nov/04 jan/05 mar/05
Meses
Fonte: Tabela A.14 (Anexo A)
Figura 7.24 – Temperaturas dos gases do Aterro Terra Brava
178
7.6.7 – Cromatografia CH4 e CO2 dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
Variação do CH4 e pluviometria em relação ao tempo
90
120
80
100
60
80
50
60
40
30
40
20
Dreno 2
Pluviometria (mm)
CH4 (%Vol)
70
Dreno 7
Dreno 9
Dreno 10
Dreno 14
Média mensal
Pluviometria
20
10
0
0
jul/04 ago/04 out/04 dez/04 Média
Meses
Fonte: Tabela A.7 (Anexo A)
Figura 7.25 – Metano do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria
Variação do CH4 e pluviometria em relação ao tempo
80
200
70
180
CH4 (%Vol)
Pluviometria (mm)
160
60
140
Dreno 1
Dreno 2
50
120
Dreno 3
40
100
Dreno 4
30
80
Dreno 5
60
20
40
10
20
0
0
Média mensal
Pluviometria
jul/04 set/04 nov/04 jan/05 mar/05 mai/05
Meses
Fonte: Tabela A.15 (Anexo A)
Figura 7.26 – Metano do Aterro Terra Brava e Pluviometria
179
Variação do CO2 e Pluviometria em relação ao tempo
120
30
100
CO2 (%Vol)
25
80
20
60
15
40
10
5
20
0
0
jul/04
Dreno 2
Pluviometria (mm)
35
Dreno 7
Dreno 9
Dreno 10
Dreno 14
Média mensal
Pluviometria
ago/04 out/04 dez/04 Média
Meses
Fonte: Tabela A.8 (Anexo A)
Figura 7.27 – Dióxido de Carbono do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria
18
200
16
180
14
160
140
12
120
10
100
8
80
6
60
4
40
2
20
0
0
Dreno 1
Pluviometria (mm)
CO2 (%Vol)
Variação do CO2 e pluviometria em relação ao tempo
Dreno 2
Dreno 3
Dreno 4
Dreno 5
Média mensal
Pluviometria
jul/04 set/04 nov/04 jan/05 mar/05 mai/05
Meses
Fonte: Tabela A.16 (Anexo A)
Figura 7.28 – Dióxido de Carbono do Aterro Terra Brava e Pluviometria
180
7.7 - Análise Estatística dos Resultados da Cromatografia dos Gases CO2 e CH4
dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava
A maioria das análises estatísticas é feita com um número mínimo de medições ou
observações, ou seja, o tamanho das amostras deve ser de n≥30, de tal modo que as
conclusões tiradas sejam válidas para a população em estudo.
As tabelas de gases com resultados das análises cromatográficas (Anexo A) foram
submetidas às análises estatísticas, aplicando-se o coeficiente de correlação e testando a
significância que indicará se esta correlação existe ou não. Este teste se baseia em dois
tipos de ocorrência de erros:
- Erro Tipo I: Despreza-se a H0 (Hipótese nula) e se adota Ha (Hipótese alternativa);
- Erro Tipo II: Adota-se H0 e despreza-se Ha.
A hipótese nula (H0) afirma que não há correlação entre as variáveis, enquanto
que a hipótese alternativa (Ha) afirma o contrário, ou seja, há correlação.
A ocorrência do Erro Tipo I ou Tipo II vai depender da comparação entre as
significâncias, observadas da seguinte forma:
- Se a significância calculada for menor que a crítica (t0<tc), ocorre o Erro Tipo II,
adotando-se então a hipótese nula, o que indica que não há correlação;
- Se a significância calculada for maior que a crítica (t0>tc), ocorre o Erro Tipo I,
adotando-se então a hipótese alternativa, que afirma que há correlação entre as
variáveis.
Quando há correlação entre as variáveis, a sua classificação é feito pelo índice de
correlação como mostra a tabela abaixo:
Tabela 7.16 – Classificação do índice de correlação
Fonte: http://www.est.ufpr.br/~silvia/CE003/node74.html
Devido à inexistência de alguns dados referentes às medições de CO2 e CH4 dos
aterros Nova Iguaçu e Terra Brava, foram imputados valores de medições através da
média dos demais valores medidos.
181
7.7.1 - Dióxido de Carbono (CO2) do Aterro Nova Iguaçu
Apresentam-se a seguir valores de CO2 medidos no aterro de Nova Iguaçu:
CV= Coeficiente de Variação
182
7.7.2 - Metano (CH4) do Aterro Nova Iguaçu
São apresentados valores de CH4 medidos no aterro Nova Iguaçu:
CV= Coeficiente de Variação
183
7.7.3 – Dióxido de Carbono (CO2) do Aterro Terra Brava
Os valores medidos de CO2 no aterro Terra Brava são apresentados a seguir:
CV= Coeficiente de Variação
184
7.7.4 – Metano (CH4) do Aterro Terra Brava
São apresentados valores de CH4 medidos no aterro Terra Brava:
CV= Coeficiente de Variação
185
7.7.5 – Análise dos Resultados
Observou-se que as significâncias testadas para as correlações entre drenos e
pluviometria apontaram não haver correlação entre as variáveis, o que era esperado em
parte tendo em vista que as medidas pluviométricas não puderam ser realizadas
diretamente no aterro por razões de segurança.
As significâncias testadas para todas as matrizes de correlação entre drenos,
apontaram na maioria não haver correlação, o que se deve à heterogeneidade dos
resíduos, formas de operação e diferentes momentos de disposição, exceto para alguns
drenos.
As leituras de metano dos drenos 7 e 10 do aterro Nova Iguaçu, demonstraram
pelo teste da significância existir correlação entre estes. Esta correlação é muito forte
(rxy= 0,97), segundo a Tabela 7.16.
As medidas do dióxido de carbono dos drenos 1 e 2 do aterro Terra Brava,
indicaram a existência de correlação feita pelo teste da significância. A correlação
apontada é moderada (rxy= 0,60).
A correlação entre os drenos 3 e 4 do aterro Terra Brava para o CH4, apresentou
uma correlação moderada (rxy= 0,59), que pelo teste da significância atribuiu a
existência desta correlação.
Como se observou, a correlação positiva indica uma associação entre os drenos,
ou seja, ou seja, os aspectos qualitativos de ambos os drenos crescem conjuntamente.
Os resultados de CH4 referentes aos drenos 7 e 10 do aterro Nova Iguaçu, indicam
que os resíduos são homogêneos e dispostos de forma adequada, enquanto que os
resultados de CO2 dos drenos 1 e 2, CH4 dos drenos 3 e 4 do aterro Terra Brava
demonstram que os resíduos são menos homogêneos com momentos de disposição
poucos diferentes.
7.8 - Discussão dos Resultados
7.8.1 – Modelos Shool Canyon e Lima
Os modelos Shoool Canyon e Lima utilizados para cada aterro são bastante
diferentes entre si, sendo relevante obsevar que Lima (2002) adota uma série de
parâmetros apoiado em observações empíricas, que torna difícil comparar os dois
modelos.
186
Ao aplicar o modelo School Canyon para os aterros Nova Iguaçu (Figura 7.10) e
Terra Brava (Figura 7.9), foi observado que o aterro Nova Iguaçu produzirá uma
quantidade de gás maior do que o aterro Terra Brava fruto das diferenças entre os
diversos aspectos componentes do aterro, em especial o fato que um é um aterro
sanitário e o outro não. Outro fator observado foi a recuperação do gás que mostrou
melhor aproveitamento para o aterro Nova Iguaçu (Figura 7.10) o que era claramente
esperado.
Ao aplicar o modelo de Lima para os dois aterros, observou que a produção de
gás também foi maior para o aterro Nova Iguaçu.
7.8.2 - Explosividade
A explosividade está associada à composição de metano, quando este atinge o 5%
em volume, o que corresponde a 100% do Limite Inferior de Explosividade.
Os gases emitidos pelos drenos do aterro Nova Iguaçu demonstraram que o
percentual de LEL variou de forma intensa no período de jul/03 a mai/04 (Figura 7.13),
enquanto que os drenos do aterro Terra Brava apresentaram pequenas variações no LEL
(Figura 7.14). Isto vem demonstrar uma decomposição inicialmente mais acelerada no
aterro Nova Iguaçu, o que naturalmente está relacionado à composição dos resíduos
depositados, a forma de disposição e às condições ambientais.
7.8.3 - Metano
O metano do aterro Nova Iguaçu apresentou composições bastante variadas nos
meses de jul/03 a mai/04 (Figura 7.15), atingindo valores máximos de 4.40% vol. de
metano.
Para o aterro Terra Brava observaram-se poucas variações na composição do gás
(Figura 7.16).
7.8.4 - Dióxido de Carbono
Observou-se que o gás CO2 produzido no aterro Nova Iguaçu pelas bactérias
hidrolíticas, fermentativas e redutoras de sulfato, apresentou composições bastante
variadas (Figura 7.17) nos meses de jul/03 a mai/04, enquanto que no aterro Terra Brava
esta composição variou pouco (Figura 7.18). A situação observada mostrou que o
processo de decomposição é mais acelerado para o aterro Nova Iguaçu. Naturalmente o
187
tipo de resíduo, composição, operação e fatores micro ambientais (e.g. temperatura)
contribuem para este fato.
7.8.5 - Oxigênio
O consumo de O2 pelas bactérias aeróbias observado no aterro Nova Iguaçu no
período de mar/04 a jun/04 (Figura 7.19) foi maior do que o do aterro Terra Brava
(Figura 7.20).
Observou-se também que de jun/04 a out/04 (Figura 7.19), há aumento da
presença de oxigênio, causado talvez pela forma de disposição dos resíduos.
O oxigênio consumido pelas aeróbias no aterro Terra Brava demonstrou que a
decomposição dos resíduos foi lenta, devido ao consumo de O2 ser baixo. Por outro
lado, a decomposição dos resíduos no aterro Nova Iguaçu é acelerada, já que as aeróbias
consomem praticamente todo o oxigênio.
7.8.6 - Sulfeto de Hidrogênio
O gás proveniente do 2º Estágio do processo de decomposição biológica
(acetogênese) apresentou concentração bastante mais variada para o aterro Nova Iguaçu
(Figuras 7.21 e 7.22). Essas variações indicam que o processo de decomposição no
aterro Nova Iguaçu é acelerado, enquanto que no aterro Terra Brava este processo é
lento.
As concentrações de gás H2S podem trazer problemas que oferecem risco à saúde
humana, como mostra a Figura 7.29.
188
Fonte: ATSDR, 2005
Figura 7.29 – Efeitos causados a saúde humana pelo H2S
7.8.7 - Temperatura
Segundo Markovich e Petrova (1966), as bactérias metanogênicas podem atuar
em duas faixas distintas de temperatura, a mesofílica, que varia de 29° a 45°C e a
termofílica, que vai de 45° a 70°C.
Como se observou, a temperatura média do aterro Nova Iguaçu vai de 29,1°C a
47,2°C (Figura 7.23), enquanto que a temperatura do aterro Terra Brava vai de 30° a
34,2°C (Figura 7.24). Isto vem demonstrar que no aterro Nova Iguaçu as bactérias
metanogênicas atuantes no processo são as mesofílicas e termofílicas, enquanto
aparentemente no aterro Terra Brava somente se observa a presença de bactérias
mesofílica.
189
7.9 - Observações Finais Parciais
A enorme quantidade de resultados apresentada indica algumas tendências, como
os efeitos climáticos na produção de gases e a emanação de gases na atmosfera,
indicando a importância de uma cobertura adequada no aterro, seja para um melhor
controle dos gases, seja para evitar um possível efeito prejudicial à saúde dos seres
vivos no ambiente.
Além disso, observou-se que contradizendo algumas indicações, mesmo fazendo
observações de gases em drenos de gases de grandes dimensões a pequenas
profundidades, foi observada a presença de gases como CH4, CO2 e H2S, conforme já
tinha sido constatado por Real (2005) em estudos com drenos de pequenas dimensões.
Vale observar por fim, que oxigênio presente na mistura gasosa, quando consumido
pelas bactérias, tem seu percentual na mistura gasosa (CH4, CO2, O2 e H2S) reduzido;
assim, entende-se por consumido nos meses subseqüentes àqueles em que as medições
tiveram valor nulo, ou seja, não indicaram a presença de oxigênio.
190
VIII - CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA NOVAS PESQUISAS
8.1 – Conclusão
Os trabalhos de pesquisa aqui desenvolvidos permitiram concluir que:
1. O equipamento MiniWarm da Dräger utilizado com sensores CH4, CO2 e H2S é
um bom indicador da presença dos gases em aterros de resíduos, fornecendo
ainda informações relativas ao limite de explosividade. Contudo de uma forma
geral, não atende os valores encontrados em aterros no que tange em especial
aos limites de CH4 e CO2. A modificação para medição de presença total de
metano seria talvez possível com este equipamento, mas por questões
operacionais não foi feita.
2. Para avaliação qualitativa dos gases, metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2),
a coleta de gases in situ em seringas com posterior análise em laboratório com
cromatógrafo mostrou ser um procedimento bastante adequado.
3. Os valores de CH4 e CO2 medidos permitem a observação no momento que a
suposição que 50% produzidos seja metano e 50% CO2 encontrada em diversas
publicações não foi confirmada, pelo menos nos aterros analisados próximos ao
município do Rio de Janeiro, onde de forma geral no período das leituras em que
os aterros se encontram em operação, os valores médios de metano acusados
indicam por volta de 60 % de metano e 17 % de CO2..
4. A utilização de solos adequados e procedimentos corretos são de enorme
importância na qualidade de operação do aterro e seus efeitos ambientais e à
possível saúde da população do entorno. O solo usado na cobertura do Aterro de
Nova Iguaçu com características argilosas atende a finalidade de proteger a
massa de lixo da entrada de água de chuva e diminui a oxigenação do aterro, em
especial nas camadas próximas à superfície.
5. No aterro Terra Brava a cobertura vem sendo feita com solo bem mais
permeável do que o caso de Nova Iguaçu. Os resultados obtidos no que se refere
a produção de gases não permitiram uma associação conclusiva em termos de
degradação dos resíduos e da oxigenação do aterro, mas conforme observado no
item anterior no aterro de Nova Iguaçu há efetivamente um envelopamento dos
resíduos ao passo que no aterro Terra Brava pelo material empregado e pela
191
forma de compactação há provavelmente uma maior oxigenação nas camadas
superiores e degradação aeróbia.
6. A relação entre pluviometria e produção de metano indicou leve efeito de
aumento na produção de metano em períodos após chuvas.
7. Segundo o modelo School Canyon a produção prevista de gás em aterros foi
maior no aterro de Nova Iguaçu sendo que para o modelo de Lima os valores
acumulados previstos ficaram próximos entre si. A causa desta semelhança
foram os valores pré-estabelecidos para o modelo de Lima, já que os mesmos
deveriam ser diferenciados para cada aterro, segundo a quantidade de resíduo e
gás. De qualquer forma, os modelos são empíricos e a escolha dos parâmetros
recomenda investigações mais profundas de modelos de representação da
produção de gases.
8.2 – Propostas para Novas Pesquisas
1. Recomenda-se simular com modelos numéricos o processo de construção do
aterro e biodegradação da matéria orgânica (elementos finitos, volumes finitos
ou diferenças finitas).
2. Efetuar medidas in situ com equipamentos que meçam percentuais sobre o total
(cromatógrafos de campo, etc).
3. Medir o fluxo de gases diretamente e melhorar os modelos de previsão de
quantidade de gás produzida no aterro.
192
IX - COMENTÁRIOS FINAIS
1. O solo usado na cobertura do Aterro Terra Brava apresentou um pequeno
percentual de argila, sendo sua compactação deficiente, não tendo se observado
controle de qualidade da mesma. A espessura final de compactação era e é
variável.
2. Para o caso do aterro da CTR-NI (Central de Tratamento de Resíduos de Nova
Iguaçu) utilizou-se um solo com um percentual médio de argila correspondente a
57%. A compactação era feita corretamente, em camadas de 0,30 m de
espessuras, mas sem controle de qualidade da mesma. As camadas finais de
tinham 1,00 m de espessura.
3. Foram feitas 9 medidas em 16 pontos denominados PDR’s no Aterro Nova
Iguaçu. As medidas foram feitas de julho de 2003 a Dezembro de 2004, tendo-se
observado que a partir de maio de 2004 até 12/04 quase todos os drenos
apresentaram 100% de Limite Inferior de Explosividade em quase todos os
pontos. Também com relação ao CH4, a partir de maio de 2004 houve uma
estabilização aos % de CH4 em volume para o valor máximo mensurável para o
equipamento. O mesmo foi observado para o CO2.
4. As leituras de H2S apresentaram valores variados, tendo alguns pontos atingidos
o limite superior máximo dos sensores usados no equipamento.
5. No Aterro Nova Iguaçu as temperaturas nos drenos mostraram-se mais elevadas
do que a temperatura externa.
6. Os resultados das análises cromatográficas dos gases coletados em Nova Iguaçu
indicaram em média valores superiores a 50%. Por outro lado, a média
percentual de CO2 medido ficou entre 11 a 12% do total produzido.
7. De forma geral, na maioria dos 5 PDR’s estudados com exceção do 4 e 5 o
limite de explosividade foi observado pelo equipamento. Da mesma forma, o
CH4 chegou no limite superior de calibração do equipamento nos três primeiros
PDR’s investigados.
8. Dos 5 PDR’s investigados os três primeiros apresentaram valores no limite
inferior de CO2. No caso do H2S (sulfeto de hidrogênio ou gás sulfídrico), nem
todos os PDR’s apresentaram leituras que se aproximaram do limite máximo,
sendo que o PDR 5 praticamente não indicou presença deste gás.
9. Nos PDR’s 4 e 5 observou-se presença normal de oxigênio, com valores
próximos a 20,9% em volume.
193
10. As temperaturas nos pontos de medição eram sempre superiores à temperatura
ambiente, com exceção do PDR 6.
11. Com exceção do observado nos PDR’s 4 e 5, os PDR’s 1, 2 e 3 indicaram
produção significativa de CH4. Já a produção de CO2, mesmo nestes PDR’s
ficam entorno de 10%, sendo nos restantes praticamente nulas.
12. Observou-se que o mau cheiro oriundo dos resíduos e gases produzidos no
Aterro Terra Brava era pior do que no Aterro Nova Iguaçu.
As causas prováveis são:
a) Qualidade do solo usado em Nova Iguaçu;
b) Controle na disposição da camada;
c) Processos controlados de captação dos gases.
194
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