23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
III-088 - ESTUDO DO PERCOLADO GERADO NO ATERRO DA MURIBECA E
TRATADO PELO SISTEMA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Elisângela Maria Rodrigues Rocha(1)
Engenheira Sanitarista pela UFPA. Mestra em Engenharia Civil /Geotecnica pela UFPE.
Mauricio da Motta
Bolsista de Desenvolvimento Científico Regional (DCR) do CNPq e Professor colaborador do Departamento
de Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco. Doutor pelo Instituto Nacional Politécnico
de Lorraine (INPL) em Nancy-França. Pesquisador 1E do CNPq.
Valdinete Lins da Silva
Professora do Departamento de Engenharia Química da UFPE. Doutora em Química pela UNICAMP.
Coordenadora do Grupo e do Laboratório de Engenharia Ambiental e da Qualidade do Departamento de
Engenharia Química da UFPE.Pesquisadora 2A do CNPq.
Jose Fernando Thomé Jucá
Professor do Departamento de Engenhara Civil da UFPE. Consultor do Ministério das Cidades, Ministério do
Meio Ambiente e Ministério de Ciência e Tecnologia. Coordenador do Grupo de Resíduos Sólidos (GRSUFPE). Pesquisador I do CNPq. Coordenador de Projetos, Técnicas e Diagnostico e Gestão de Resíduos
Sólidos de vários estados, regiões metropolitanas e municípios do Nordeste.
Endereço(1): Rua Lindolfo Chaves 106 - Bancários – João Pessoa - Paraíba - CEP: 58051-110 - Brasil - Tel:
(xx)83 8827-0563 - e-mail: [email protected].
RESUMO
A disposição adequada dos resíduos sólidos em aterros sanitários já é uma técnica bem difundida, mas ainda
existem muitos municípios brasileiros que dispõem seu lixo a céu aberto, apesar da consciência que a
sociedade já adquiriu, quanto à importância da minimização dos riscos provenientes da sua disposição
inadequada. Se ainda há dificuldades para disposição adequada dos resíduos sólidos, a situação torna-se mais
preocupante para os seus subprodutos, como o biogás e o percolado que são provenientes da decomposição da
matéria orgânica. O percolado é um efluente com elevado potencial poluidor dos corpos hídricos devido às
suas altas concentrações de matéria orgânica biodegradável e total (inclui a fração de difícil
biodegradabilidade), compostos inorgânicos e metais pesados. O presente estudo foi realizado na Estação de
Tratamento de Chorume (ETC) do Aterro da Muribeca (PE) que recebe os resíduos das cidades de Recife e
Jaboatão dos Guararapes. Neste estudo foi inicialmente realizado um monitoramento da ETC através da
caracterização dos efluentes a de parâmetros físico-químicos como a DBO5 , DQO e sólidos. Através deste, foi
feita uma avaliação do sistema de tratamento e em seguida foi estudada a influência de variáveis como chuva,
vazão e pH sobre o funcionamento de ETC. A caracterização no período de Janeiro a Maio de 2004 e as
análises físico-químicas das coletas sistemáticas, qualificaram o percolado como um efluente de difícil
biodegrabilidade. Essas características indicam a necessidade de um tratamento complementar ao sistema, de
preferência físico-químico.
PALAVRAS-CHAVE: Resíduos Sólidos, Percolado, Chorume e Lagoas de Estabilização.
INTRODUÇÃO
Os resíduos sólidos, líquidos e gasosos produzidos na biodegradação constituem um problema econômico,
social e ambiental. No Brasil, de acordo com a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (IBGE, 2000),
coleta-se cerca de 228.413 toneladas de resíduos sólidos diariamente, sendo 125.258 toneladas referentes aos
resíduos domiciliares. Desta forma, é imprescindível a busca de alternativas tecnológicas adequadas para o
tratamento desses resíduos.
Segundo Santos (2004), o chorume, resíduo gerado nos processos de degradação do lixo urbano em aterros
sanitários, é um líquido que apresenta características de altas cargas de contaminantes orgânicos e inorgânicos
e sendo assim, representam uma fonte de poluição significativa, seja em grandes centros ou pequenos
aglomerados urbanos.
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1
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Mesmo com a composição gravimétrica dos aterros diferenciando entre si, o processo de decomposição da
matéria orgânica é basicamente a mesma, caracterizando-se inicialmente por uma fase aeróbia, de pequena
duração, e várias fases anaeróbias. Os principais fatores que influenciam o processo de decomposição da
matéria orgânica são: a quantidade de água introduzida, a composição dos resíduos, a temperatura, a forma de
operação do aterro, o alto teor de ácidos voláteis, o pH, a quantidade de nutrientes e inibidores do processo, as
concentrações de oxigênio e de hidrogênio, o tamanho da partícula, o grau de compactação e a quantidade de
matéria orgânica presente no meio. (QASIM & CHIANG, 1994 )
A determinação das características físico-químicas dessa lixívia e de sua biodegradabilidade são etapas
fundamentais na decisão técnico-econômica, dentro de uma visão de gestão integrada do resíduo e de seus
subprodutos gerados. Dentre as tecnologias utilizadas para tratamento do percolado (chorume), o Sistema de
Lagoas de Estabilização, o qual é um processo biológico, é uma das tecnologias mais utilizadas devido
apresentar menores custos de operação e manutenção (JUCÁ, 2003).
O sistema de Lagoas de Estabilização é um processo muito utilizado para tratamento de efluentes domésticos
(esgotos), onde a matéria orgânica é estabilizada principalmente pela ação das bactérias. Este processo requer
lago(s) que recebera(m) o efluente a ser tratado. O critério que define se o tratamento será aeróbio ou
anaeróbio, será a profundidade da lagoa, as características físico-químicas do efluente e a insolação da
localidade. Estas lagoas recebem um fluxo coordenado do efluente e tem um tempo calculado de retenção,
para que ocorra a autodepuração (AQUARONE, 1986).
A Estação de Tratamento de Chorume (ETC) do Aterro da Muribeca, localizada na região metropolitana de
Recife (PE), é composta por uma série de 5 lagoas, como pode ser observado na figura 1. Na entrada da
estação tem-se a Lagoa de Decantação (LD), seguida da Lagoa Anaeróbia (LA) e de 3 Lagoas Facultativas
(LF1, LF2 e LF3).
3
Figura 1 – Estação de tratamento de chorume da Muribeca Lagoa de Decantação (LD), Lagoa
Anaeróbia (LA) e Lagoas Facultativas (LF1, LF2 e LF3).
A Lagoa de Decantação é responsável pela retirada dos sólidos sedimentáveis. A Lagoa Anaeróbia é a
primeira etapa do tratamento do chorume, sendo dimensionada para receber afluente com altas cargas
orgânicas, ocasionando assim uma maior taxa de consumo de oxigênio no meio em relação à taxa de produção
e a sua estabilização é lenta. As Lagoas Facultativas caracterizam-se por apresentar 3 zonas distintas (zona
aeróbia, zona facultativa e zona anaeróbia) que dependem das condições ambientais externas, principalmente a
incidência dos raios solares. Após esse sistema, a estação possui um tratamento terciário que consiste na
remoção de poluentes inorgânicos através de barreiras bioquímicas.
METODOLOGIA
Inicialmente realizou-se um levantamento dos parâmetros físico-químicos realizados na Estação de
Tratamento de Chorume (ETC), no período de Janeiro à Maio de 2004 para avaliação do comportamento da
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mesma e caracterização do percolado no período chuvoso, teoricamente é uma condição favorável para a
qualidade do percolado.
Posteriormente, foram programadas coletas sistemáticas semanais do percolado. O efluente foi coletado
diretamente na entrada de cada unidade, não havendo distinção da idade do percolado, ou seja, na entrada da
Lagoa de Decantação. As amostras foram coletadas no mesmo dia da semana (segunda-feira) durante 5
semanas entre os meses de Março e Abril de 2004, às 9:00 h da manhã. Em seguida, foram encaminhadas para
o Laboratório de Engenharia Ambiental e Qualidade da Universidade Federal de Pernambuco para realização
das análises de DQO, DBO e Sólidos Suspensos, sendo as determinações realizadas segundo o Standart
Methods (APHA et al., 1995).
RESULTADOS
A primeira fase do estudo foi o monitoramento da ETC a partir da caracterização do percolado. Este estudo foi
realizado de Janeiro a Abril de 2004. A partir dos dados obtidos, pode-se observar que a qualidade de
degradabilidade do percolado gerado no Aterro da Muribeca, o qual serve como depósito de lixo há mais de
20 anos (predominância de lixo velho) é baixa, ou seja, este percolado é um efluente com características
recalcitrantes (Tabela 1).
1200
120
1000
100
800
80
600
60
400
40
200
20
0
0
1/1 16/1 31/1 15/2 1/3 16/3 31/3 15/4 30/4 15/5 30/5
Precipitação(mm.m -2. dia -1)
Vazão (m 3.dia -1)
A relação entre a vazão e a precipitação foi estudada no período de Janeiro a Maio de 2004, devido ter
ocorrido no inicio do ano um índice pluviométrico bastante elevado, estando muito acima da m´rdia histórica.
A Figura 2 mostra o gráfico da variação da Vazão da ETC da Muribeca e da Precipitação da estação do
Curado (situada próxima à ETC). Pode-se observar que o aumento das precipitações influencia diretamente na
vazão de entrada da estação. Esta influência ocorre tanto imediatamente quanto paulatinamente, ou seja,
verifica-se que a vazão tende a subir no momento que ocorre a precipitação se mantendo elevada por um
período de tempo. Ocorrendo outro evento de chuva nesse período, a tendência da vazão será aumentar um
pouco no instante inicial e se manter elevada. A contribuição da chuva se deve à capacidade de campo da
camada de cobertura e da massa de lixo, à compactação do lixo e à ausência do sistema de drenagem de águas
pluviais.
Tempo (dias)
Figura 2 - Variação da vazão da ETC e da precipitação na área no período de janeiro a maio de 2004.
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Tabela 1 - Caracterização do Percolado Afluente do Sistema de Lagoas da ETC da Muribeca.
Parâmetros
19/jan/04
02/fev/04
16/fev/04
29/mar/04
pH
7,57
6,81
7,80
8,19
7,85
7,61
7,64
Cor Aparente (UH)
> 200
> 200
> 200
> 200
> 200
> 200
> 200
-
0,50
0,02
0,40
1,98
2,43
1,07
DQO (mg/L O2)
10.097,00
8.644,80
12.627,50
10.022,80
4.228,00
1.558,80
7.863,15
DBO (mg/L O2)
6.746,60
4.452,70
7.216,30
1.744,20
1.370,00
401,50
3.655,22
Sólidos Totais (mg/L)
Sólidos
Totais
Voláteis
(mg/L)
Sólidos Suspensos Totais
(mg/L)
Sólidos Suspensos Voláteis
(mg/L)
Sólidos Dissolvidos Totais
(mg/L)
Sólidos Dissolvidos Voláteis
(mg/L)
11.865,50
9.589,50
16.354,00
13.362,00
-
4.009,00
11.036,00
4.578,50
4.177,00
6.449,00
4.517,50
-
762,50
4.096,90
396,00
418,00
1.398,00
310,00
-
316,00
567,60
212,00
250,00
524,00
222,00
-
66,00
254,80
11.469,50
9.171,50
14.956,00
13.052,00
-
3.693,00
10.468,40
4.366,50
3.927,00
5.925,00
4.295,50
-
696,50
3.842,10
-
10630,00
20300,00
21700,00
12360,00
7030,00
14404,00
40,00
80,00
0,00
1320,00
400,00
0,00
306,67
5080,00
2690,00
6180,00
7020,00
3500,00
2240,00
4451,67
24,00
48,00
0,00
792,00
240,00
0,00
184,00
6194,04
3218,95
7535,27
8559,49
4267,55
2731,23
5417,76
Turbidez (UT)
Condutividade Elétrica a 20ºC
Alcalinidade de Carbonatos
(mg/L CaCO3)
Alcalinidade de Bicarbonatos
(mg/L CaCO3)
Alcalinidade de Carbonatos
(mg/L CO3)
Alcalinidade de Bicarbonatos
(mg/L HCO3)
Dureza Total (mg/L CaCO3)
27/abr/04 24/mai/04
Média
-
2160,00
3100,00
1600,00
1200,00
720,00
1756,00
270,40
-
362,00
122,80
-
51,90
201,78
Cálcio
-
736,74
720,72
320,32
352,35
240,24
474,07
Magnésio
-
77,82
316,16
194,56
77,82
29,18
139,11
Sódio
-
612,00
1155,00
1265,00
772,00
452,00
851,20
Potassio
-
896,00
1710,00
1945,00
992,00
536,00
1215,80
Cloretos
-
1040,00
2500,00
2800,00
1520,00
760,00
1724,00
Oleos e Graxas (mg/L)
Sulfatos
-
574,49
5400,00
872,64
290,88
218,16
1471,23
Nitrito
6,00
4,00
10,00
8,40
4,80
0,80
5,67
Nitrato
4,22
1,58
2,94
1,27
1,86
0,88
2,13
Amônia
0,40
9,20
8,00
4,40
1,60
0,40
4,00
Fósforo
11,29
10,33
13,32
9,52
30,40
4,00
13,14
Ferro Total
56,05
38,82
67,39
41,6
-
17,5
44,27
Cobre
-
-
0,49
0,31
-
0,24
0,35
Zinco
-
-
0,89
0,88
-
0,24
0,67
Cádmio
-
-
0,12
0,17
-
0,05
0,11
Cobalto
-
-
0,36
0,34
-
0,05
0,25
Manganês
-
-
2,52
0,99
-
0,42
1,31
Chumbo
-
-
0,92
0,83
-
0,34
0,70
Níquel
-
-
0,47
0,46
-
0,17
0,37
Cromo
-
-
0,62
0,37
-
0,16
0,38
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Pode-se observar nas Figuras 3a e 3b que não ocorre uma redução gradativa das concentrações orgânicas do
efluente de acordo com o fluxo por cada unidade. Este fato é decorrente das características do resíduo
depositado, influência da chuva, não respeito ao Tempo de Detenção Hidráulico (TDH) e alternância no
comportamento de cada unidade devido alteração da atividade microbiana.
Na figura 3a, no dia 05/04/04, observa-se uma DBO bem mais elevada para a Lagoa Facultativa 2 (LF2)
quando comparada a qualquer outra lagoa do sistema, mesmo para a lagoa de decantação, cujo valor deveria
ser o mais elevado por se tratar da entrada da ETC. Analisando-se cada unidade, isto acarretaria em eficiência
negativa ou geração de poluição dentro do sistema. Vale frisar que este aumento foi de aproximadamente
1500 mg O2/L. Pode-se também constatar este fenômeno para outras unidades. Este é um típico caso em que
não foi tomado como referência o TDH entre as coletas.
400
3500
350
3000
300
2500
250
2000
200
1500
150
1000
100
500
50
0
15/03/04
22/03/04
29/03/04
05/04/04
0
12/04/04
Tempo (dias)
Lagoa de Decantação
Lagoa Facultativa 2
Vazão
Lagoa Anaerobia
SBQ_ent
Lagoa Facultativa 1
Lagoa Facultativa 3
450
12000
400
10000
350
300
8000
250
6000
200
150
4000
100
2000
0
15/3/2004
Vazão (m3 /dia)
450
4000
DQO (mg O2 /L)
4500
Vazão (m3 /dia)
DBO 5 (mg O 2 /L)
Na figura 3b, observa-se também que a passagem da carga mais elevada pelo sistema, em termos de DQO,
pode ser visualizada pelo pico da Lagoa de Decantação em 29/03. Apesar de ser um período chuvoso, fato que
possibilitaria o efeito de diluição do efluente, isto não ocorre, pois com as chuvas tem-se maior arraste de
material (retido nos sólidos), o que eleva as concentrações. Durante esse período de acompanhamento
sistemático verificou-se que mesmo ocorrendo uma baixa redução das concentrações de DBO e DQO, as
mesmas não estavam de acordo com a seqüência das lagoas e nem proporcionais com a variação da vazão.
50
22/3/2004
29/3/2004
5/4/2004
0
12/4/2004
Tempo (dias)
Lagoa de Decantação
Lagoa Facultativa 2
Vazão
Lagoa Anaeróbia
Lagoa Facultativa 3
Lagoa Facultativa 1
SBQent
Figura 3 - Variação da vazão da ETC com a DBO5 (a) e da DQO (b).
O sistema de lagoas de estabilização se torna insuficiente para tratabilidade de um percolado com
recalcitância, por ser um sistema biológico que somente atua na fração biodegradável da carga orgânica.
Como pode ser observada pela Figura 4a, a biodegradabilidade na entrada da lagoa de decantação sofre
influência da precipitação, que ocasiona o aumento da vazão. Este fato é explicado pelo arraste de material
“fresco” pela chuva. Para vazões em torno de 2 m3h-1, a fração biodegradável é de aproximadamente 20%.
A Figura 4b apresenta a biodegradabilidade (relação DBO5/DQO) do percolado de entrada e saída do sistema
de lagoas (entrada da LD e entrada do SBQ). Verifica-se que devido às variações nas características dos
resíduos, tanto novo quanto antigo, o afluente (percolado de entrada) foi tornando-se neste período mais
recalcitrante e com uma relação estreita na variação da sua biodegradabilidade com a vazão. Vale ressaltar que
esta vazão é medida entre as lagoas de decantação e anaeróbia. Pode ser constatado que o efluente oscila em
termos da biodegradabilidade, ora recalcitrante, ora mais biodegradável dentro do sistema (figura 4b). Isto
pode ocorrer devido à sedimentação da poluição particulada, mais recalcitrante, acarretando um aumento da
fração biodegradável.
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5
50
0,5
5
0,4
4
40
3
30
DBO5/DQO
60
0,3
0,2
2
0,1
10
1
0,0
15/3/2004
0
0
20
4/3/04
14/3/04
24/3/04
3/4/04
13/4/04
22/3/2004
29/3/2004
5/4/2004
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
12/4/2004
3
6
LD
LA
Vazão
Vazão (m3h-1)
Fração DBO/DQO (%)
70
Vazão (m /dia)
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Tempo (dias)
23/4/04
Percolado Afluente
Tempo (dias)
Percolado Efluente
Vazão
Figura 4 – Variação da biodegradabilidade e da vazão na entrada LD e LA (a) e na entrada LD e saída
LF3 (b) em função do tempo.
E possível observar na Figura 5, a relação de biodegradabilidade (DBO5/DQO) com a precipitação, em que se
verifica o afluente (entrada LD) nas primeiras coletas. Pode-se também constatar uma relação entre a
diminuição da precipitação com o efluente (saída LF3), cujo comportamento é inversamente proporcional.
Outro fator que influencia na maior biodegradabilidade do percolado efluente (saída LF3) é o processo de
sedimentação da matéria orgânica não degradada com a seqüência das lagoas, elevando assim, a concentração
de matéria orgânica facilmente biodegradável, além do arraste de material das células em operação.
0,5
7
DBO5/DQO
2
5
Precipitação (mm/m .dia)
6
0,4
4
0,3
3
0,2
2
1
0,1
0
0,0
15/3/04
22/3/04
29/3/04
5/4/04
-1
12/4/04
Tempo (dias)
Percolado Afluente
Percolado Efluente
Precipitação
Figura 5 – Variação da biodegradabilidade com a precipitação em função do tempo.
A Figura 6 mostra a concentração de sólidos suspensos totais (SST), em que a maior fração corresponde aos
sólidos voláteis, principalmente nas duas primeiras análises. Observando-se a variação dos sólidos suspensos
voláteis (SSV) na lagoa de decantação (LD), pode-se constatar um aumento da primeira para a segunda coleta,
seguida de uma redução e um novo aumento na última. Esta variação foi provavelmente influenciada pelas
precipitações. Este comportamento foi observado nas Lagoas Anaeróbia e Facultativa 3. As Lagoas LF1 e LF2
não apresentarem tal comportamento, pois a LF1 apresentou intervalo para variação da concentração de
sólidos voláteis menor, e a LF2 após redução na concentração manteve-se praticamente estável, apresentando
leve acréscimo na ultima coleta.
Outro fator que foi identificado neste período, foi a presença de óleos e graxas em todas as lagoas. No dia
02/04 foi instalada uma barreira de contenção na lagoa anaeróbia, pois o óleo estava passando para as outras
lagoas. Foi constatado também em campo que houve bombeamento do efluente final (saída do sistema
terciário) para a lagoa de decantação nos primeiros dias do mês de Abril com o objetivo de realizar a
manutenção do sistema terciário. Estes fatos podem também ter contribuído para a variação da concentração
dos sólidos e de outros parâmetros, como a DQO.
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Os Sólidos Suspensos (SS) sofrem grande contribuição das algas, sendo necessário o controle das mesmas
para que o efluente final não prejudique o corpo receptor através do consumo de oxigênio. Braile &
Cavalcanti (1979) afirmam que é possível acompanhar o tratamento biológico de efluentes domésticos em
suas varias etapas e a eficiência através das concentrações de sólidos suspensos voláteis e fixos.
De forma geral, ocorre variabilidade nas concentrações de sólidos suspensos tanto voláteis (SSV) quanto fixos
(SSF) em todo o sistema, indicando que o aterro possui características mais relevantes de um aterro velho.
Chen (1996), em seu estudo observou que ocorre decréscimo dos sólidos suspensos voláteis em relação aos
fixos com o aumento da idade do aterro. Isto é decorrente da degradação da matéria orgânica e o efeito de
diluição das chuvas.
1,20
SSV/SST
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
15/3/2004
22/3/2004
29/3/2004
5/4/2004
12/4/2004
Tempo (dias)
Lagoa de Decantacao
Lagao Anaeóbia
Lagoa Facultativa 1
Lagoa Facultativa 2
Lagoa Facultativa 3
SBQ_ent
Figura 6– Variação da relação entre os Sólidos Suspensos Voláteis (SSV) e os Sólidos Suspensos Totais
(SST) em função do tempo.
A Figura 7 apresenta a elevação do pH da faixa neutra para levemente alcalina, segundo a tabela de pH (0 a
14). A baixa variação nos valores do pH (menor 0,5), não foi tão significativa no processo das lagoas. A
elevação do pH ocorre durante o dia devido o processo fotossintético que consome o gás carbônico (CO2) ser
superior à respiração das bactérias e das próprias algas, então o íon bicarbonato (HCO3-) se converte em
hidroxila (OH-), tornando o pH alcalino. Mas ressalta-se que é importante controlar o pH das lagoas devido
algumas bactérias serem sensíveis a elevadas variações, além de reduzir a taxa fotossintética. Para evitar tais
desvantagens é necessário controlar a vazão do efluente e a profundidade da lagoa. No entanto, mesmo com a
falta de controle da vazão na ETC, não foi observado grandes alterações nos valores de pH.
8,0
7,8
pH
7,6
7,4
7,2
7,0
15/03/04
22/03/04
29/03/04
05/04/04
12/04/04
T empo (dias)
LD
LA
LF 1
LF 2
LF 3
SBQent.
Figura 7 – Variação do pH nas lagoas em função do tempo.
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23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
CONCLUSÕES
O Sistema de Lagoas de Estabilização utilizado para tratamento do percolado do Aterro da Muribeca (PE)
apresentou reduções de concentrações, porém a sua eficiência depende da regularização da vazão e
sistematização do monitoramento da estação de acordo com as características do percolado. A caracterização
no período de Janeiro a Maio de 2004 e as análises físico-químicas das coletas sistemáticas, qualificaram o
percolado como um efluente de difícil biodegrabilidade, mesmo considerando um período chuvoso. Ressaltase que outros fatores como compactação, drenagem, capacidade de campo do lixo, da camada de cobertura e
infiltração, alteram a contribuição da precipitação na vazão e consequentemente a eficiência do sistema na
tratabilidade orgânica do percolado. Essas características indicam a necessidade de um tratamento
complementar ao sistema, de preferência um tratamento físico-químico. É importante adequação do sistema
para minimizar os impactos ao corpo receptor, porem é fundamental que existam normas para os padrões de
lançamento com as características peculiares do percolado.
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