23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
III-198 – APLICAÇÃO DE UM MODELO TRIDIMENSIONAL DE AVALIAÇÃO
DE BALANÇO HÍDRICO EM ATERROS DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS
SÓLIDOS URBANOS
Gustavo Ferreira Simões(1)
Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia da UFMG. Doutor e Mestre
em Engenharia Civil (PUC-Rio). Engenheiro Civil (UFMG).
Lívia Cristina da Silva Lobato
Engenheira Civil (UFMG). Ex Bolsista de Iniciação Científica do Departamento de Engenharia de Transportes
e Geotecnia (ETG-UFMG).
Henrique Lembi Martins
Mestrando em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da EE-UFMG. Engenheiro Civil (PUCMinas).
Cícero Antônio Antunes Catapreta
Engenheiro Sanitarista da Secretaria Municipal de limpeza Urbana de Belo Horizonte. Doutorando em Meio
Ambiente, Saneamento e Recursos Hídricos da EE-UFMG. Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e
Recursos Hídricos (UFMG). Engenheiro Civil (PUC-Minas).
Endereço(1): Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia. Av. do Contorno, 842/608 - Centro Belo Horizonte - MG - CEP: 30110-060 - Brasil - Tel: (31) 3238-1792 - e-mail: gfsimõ[email protected]
RESUMO
A avaliação do balanço hídrico em aterros de disposição final de resíduos sólidos urbanos (RSU) fornece
elementos para o projeto de sistemas de drenagem e tratamento de líquidos lixiviados e envolve o
entendimento dos processos de fluxo, dos processos bio-físico-químicos e da interação dos aterros com a
atmosfera. Outra aplicação, ainda pouco explorada, refere-se à possibilidade de previsão dos níveis de líquidos
no interior da massa de RSU. O conhecimento dos níveis de pressões nos líquidos no interior dos aterros pode
fornecer elementos para a realização de análises de estabilidade mais precisas, fato que vem se tornando cada
vez mais importante, dada a crescente verticalização dos aterros.
Este trabalho tem como objetivo avaliar criticamente o desempenho de modelos de estimativa de balanço
hídrico em aterros de disposição de RSU e apresentar os resultados preliminares da aplicação de um modelo
tridimensional em um aterro de disposição final de RSU. Além da descrição do modelo, são apresentados os
detalhes de sua utilização, destacando os parâmetros necessários, e os resultados preliminares de sua
aplicação a um caso real.
PALAVRAS-CHAVE: Aterros Sanitários, Resíduos Sólidos Urbanos, Balanço Hídrico.
INTRODUÇÃO
Os líquidos lixiviados são resultado do processo de fluxo de água em um aterro sanitário, sendo provenientes
de inúmeras fontes, incluindo precipitação, umidade natural dos resíduos sólidos, recirculação de líquidos
dentre outros.
A composição química dos líquidos lixiviados varia de acordo com a origem dos resíduos e as várias reações
químicas e bioquímicas que podem ocorrer durante o processo de decomposição. Estes fluidos são
caracterizados por um alto conteúdo de constituintes orgânicos, metais, ácidos, sais dissolvidos e
microorganismos, constituindo assim em um fluido altamente agressivo para o meio ambiente, o que explica a
necessidade de se estimar a geração de líquidos lixiviados em aterros sanitários de resíduos sólidos, como
forma de minimizar o impacto desse no meio ambiente.
O potencial de geração de líquidos lixiviados de um aterro sanitário pode ser avaliado pela realização do seu
balanço hídrico, que é influenciado diretamente pelos seguintes fatores:
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Teor de umidade dos resíduos sólidos: relacionado com a água de constituição dos resíduos sólidos e
com a água absorvida da atmosfera. O teor de umidade dos resíduos depende principalmente da
composição do lixo, das condições climáticas e das práticas de coleta.
Teor de umidade do material de cobertura do aterro: relacionado com a quantidade de água presente
no solo de cobertura, depende do tipo do material de cobertura, e também da estação do ano (estação
seca ou úmida).
Água que penetra o topo do aterro: formada pela parcela da precipitação que percola através da
camada de cobertura.
Água perdida na formação do biogás: durante a decomposição anaeróbica dos compostos orgânicos
consome-se água e gera-se o biogás.
Água perdida na forma de vapor d’água: relacionado à saturação do biogás por vapor d’água.
Água perdida por evaporação: relacionado à evaporação que ocorre de acordo com as condições
climáticas locais.
A produção de líquidos lixiviados ainda é função dos seguintes fatores: disponibilidade de água no local
(recirculação dos líquidos gerados, irrigação da camada de cobertura, presença de lodos etc), das
características da camada de cobertura (umidade, vegetação, declividades etc), das características dos resíduos
depositados (composição, umidade, idade, densidade, método de disposição, etc) e do método de
impermeabilização do local.
Por meio da avaliação do balanço hídrico consegue-se realizar uma estimativa da geração de líquidos
lixiviados, o que é de extrema importância para a execução de projetos adequados de aterros sanitários de
RSU.
A avaliação do balanço hídrico em aterros de disposição final de resíduos sólidos urbanos (RSU) fornece
elementos para o projeto de sistemas de drenagem e tratamento de líquidos lixiviados e envolve o
entendimento dos processos de fluxo, dos processos bio-físico-químicos e da interação dos aterros com a
atmosfera. Outra aplicação, ainda pouco explorada, refere-se à possibilidade de previsão dos níveis de líquidos
no interior da massa de RSU. O conhecimento dos níveis de pressões nos líquidos no interior dos aterros pode
fornecer elementos para a realização de análises de estabilidade mais precisas, fato que vem se tornando cada
vez mais importante, dada a crescente verticalização dos aterros.
De uma forma sintética, a avaliação do balanço hídrico envolve a solução da equação da continuidade, onde a
diferença entre as diversas parcelas que fornecem umidade ao sistema (p.ex. umidade inicial dos resíduos e de
todas as camadas de cobertura, precipitação, recirculação etc) e aquelas que retiram umidade (p.ex.
evaporação, transpiração da cobertura vegetal, escoamento superficial, extração de líquidos lixiviados, água
consumida nas reações, água perdida na forma de vapor d’água etc) corresponde à retenção de umidade pelo
sistema (resíduos e camadas de cobertura).
A avaliação dessas diversas parcelas requer o conhecimento de um volume significativo de informações,
envolvendo registros meteorológicos (precipitação, temperatura, radiação solar, umidade relativa etc),
propriedades dos resíduos (composição, teor de umidade, permeabilidade, capacidade de campo etc), dados
operacionais (histórico de enchimento do aterro, projeto de sistema de drenagem interno, registros de vazões
de escoamento superficial etc), dados de monitoramento ambiental (volume de líquido lixiviado e gases
extraídos) e dados de monitoramento geotécnico (níveis internos de líquidos etc). Esse volume de informações
nem sempre está disponível, o que leva o projetista a utilizar métodos simplificados, que podem produzir
resultados incoerentes.
MODELOS PARA AVALIAÇÃO DE BALANÇO HÍDRICO
Dentre os métodos mais utilizados pode-se citar o método Suíço, o método do Balanço Hídrico e o modelo
HELP.
No método Suíço, o volume gerado de líquido lixiviado é uma função da precipitação e da forma de
compactação dos resíduos. Este método pode ser utilizado para casos mais simples, visto que a produção de
líquido lixiviado é função apenas da precipitação e de um coeficiente K, onde estão embutidas todas as perdas
de água.
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O método do Balanço Hídrico, um dos modelos mais utilizados atualmente em aterros sanitários para
determinação dos volumes de líquidos lixiviados gerados, é baseado na relação existente entre a precipitação,
a evapotranspiração, o escoamento superficial e o armazenamento da água no solo. A precipitação representa
a recarga de água do sistema, enquanto a evapotranspiração representa a combinação entre a evaporação das
plantas e da superfície do solo, estando incluída a transpiração das plantas. O escoamento superficial
representa o fluxo superficial da água diretamente na área de interesse. A capacidade de armazenamento
representa a quantidade de água que pode ficar retida no solo e nos resíduos sólidos. Este método admite fluxo
unidimensional, conservação de massas e nas características de transmissão e retenção de líquidos nas
camadas de solo e resíduos.
O modelo HELP, apresentado por SCHROEDER e outros (1994), pode ser definido como um modelo quasibidimensional, semi-empírico, que executa o balanço de umidade em uma coluna unidimensional,
considerando parâmetros climatológicos, configuração das camadas e propriedades dos materiais envolvidos.
O programa utiliza inúmeras soluções para computar os efeitos de armazenamento de água na superfície,
escoamento, infiltração, evapotranspiração, crescimento das espécies vegetais, drenagem lateral das camadas,
recirculação dos líquidos percolados e infiltração pelas barreiras de fundo, entre outros. Como principais
características do modelo pode-se destacar:
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O processamento de cálculo é realizado numa base diária, assumindo relevada importância os dados
climatológicos (temperaturas, radiação solar e precipitação).
A água se transmite das camadas superiores as inferiores, sendo uma camada, um elemento
indivisível, homogêneo e infinito. Como algumas camadas permitem uma perda lateral de água
(drenagem lateral) considera-se então o modelo quasi-bidimensional.
A quantidade de água que entra no sistema pela camada de cobertura (infiltração) leva em
consideração a umidade armazenada, a densidade da vegetação, o potencial de escoamento e
evaporativo da camada.
A percolação vertical no solo é função do teor de umidade. Quando o solo está totalmente saturado, o
fluxo respeita a lei de Darcy. Nas condições não saturadas, a condutividade hidráulica das camadas é
calculada baseada em uma função linear da umidade do solo. Quando o teor de umidade iguala a
capacidade de campo o fluxo torna-se livre.
A drenagem lateral pelas camadas drenantes é computada analiticamente através da equação
linearizada de Boussinesq.
O programa incorpora um modelo de crescimento de plantas para aterros fechados, visto que estas
colaboram na intercepção da água da chuva.
Por considerarem condição unidimensional, os modelos citados dificultam a simulação da distribuição
espacial e temporal da produção de líquidos lixiviados no aterro durante a operação e subseqüente fechamento
das células com a camada de cobertura de solo. Além disso, a interação entre células, induzidas pela
construção de células adjacentes e/ou a construção de outras células sobre as camadas criadas, não é
considerada.
No intuito de diminuir as limitações dos modelos citados, VELÁSQUEZ et al (2003) apresentam o Modelo
SWB (Serial Water Balance Method), que incorpora elementos adicionais, como tempo de construção e de
exposição das células, capacidade de campo e sua variação de acordo com o incremento da altura do aterro.
Usando essas informações torna-se possível avaliar o balanço hídrico para cada célula e a inter-relação entre
as mesmas dentro do aterro, em uma situação bidimensional. O programa assume que o líquido lixiviado flui
verticalmente para baixo, de acordo com a lei de Darcy para fluxos em zonas saturadas. Embora simule a
construção em etapas, esse modelo admite que todas as seções transversais do aterro apresentam o mesmo
histórico de enchimento e que não há fluxo horizontal entre as células.
Considerando as diversas particularidades dos projetos de grandes aterros, tais como a necessidade de
incorporar o histórico de enchimento do aterro, com células expostas sujeitas a uma maior infiltração de águas
pluviais, a existência de complexos sistemas de drenagem internos, as diferenças nas propriedades dos
materiais e a existência de interações entre células adjacentes (fluxos horizontais), LOBO e outros (2002a) e
LOBO e outros (2002b) apresentam um modelo, denominado MODUELO, descrito a seguir, para avaliação
de balanço hídrico em aterros de disposição de RSU.
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DESCRIÇÃO DO MODELO MODUELO
O MODUELO é um modelo tridimensional baseado nas equações de fluxo saturado, no escoamento de água
entre as células e no balanço de umidade, capaz de gerar, em caráter horário, os dados de umidade e a vazão
de líquidos lixiviados, a partir de uma representação tridimensional do aterro, cuja forma se atualiza
instantaneamente mediante a definição de um modelo de produção.
Além do cálculo das vazões de líquidos lixiviados e do registro instantâneo da umidade nas células, que
possibilita a avaliação do nível interno de líquidos em células pré-determinadas, o modelo simula a
degradação dos RSU, estimando a composição do líquido lixiviado, o volume e a composição do biogás
gerado.
Os dados de entrada, necessários para a realização das simulações, são divididos em quatro blocos
independentes:
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Climatologia.
Produção de RSU.
Morfologia do aterro.
Parâmetros de cálculo para simulação.
Os três primeiros blocos podem ser denominados de “parâmetros reais”, onde são fornecidos todos os dados
necessários para as simulações. Já o quarto bloco refere-se aos “parâmetros de simulação” que permitem
ajustar os valores calculados aos esperados nas medições reais.
No bloco “Climatologia”, são armazenadas as séries temporais de precipitação horária, temperatura média
diária, insolação média diária, velocidade do vento e umidade relativa do ar diária.
No bloco “Produção de RSU” são armazenados os parâmetros que caracterizam os RSU que chegam ao
aterro, tais como, produção total, composição gravimétrica, propriedades dos resíduos (umidade, densidade e
poder calorífico), crescimento das taxas de produção, proporção de recicláveis, biodegradáveis e composição
química. A partir destes dados calcula-se a evolução anual da quantidade de resíduos produzidos, sua
composição e características.
Os dados morfológicos necessários para a realização das simulações referem-se à disposição geométrica do
aterro (topografia da área do aterro, situação de cada célula, ordem de enchimento) e as características de
discretização (dimensão horizontal das células, espessura da cobertura, tipologia das células e posição dos
drenos).
A morfologia do aterro é obtida com a representação tridimensional, a partir de um Modelo Digital do terreno.
Por meio dos dados operacionais e de produção obtêm-se a seqüência de enchimento das células. São
utilizados seis tipos de células para a representação tridimensional do aterro:
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Células terreno: célula impermeável inativa que reflete as irregularidades da base do aterro. São
fixadas e definidas pela topografia original da área e sua discretização correspondente.
Células vazias: células que nunca terão elementos em seu interior e permitem fluxo em direção as
células inferiores.
Células de resíduos (V): são as células que contêm os resíduos que chegam ao aterro, sendo sempre
dispostas sobre elas uma camada de cobertura intermediária. Cada célula conserva seu número de
ordem, que consiste em uma informação temporal sobre a materialização daquela célula no aterro,
uma vez que haja lixo suficiente para seu preenchimento.
Células de resíduos com camada de cobertura final (Vs): tem as mesmas características das células de
resíduos, no entanto para estas células são definidos os parâmetros para a camada de cobertura final.
Células de solo (R): são células formadas por um único material (solo) diferente dos resíduos.
Células de dreno (D): células similares às células de solo, elas simulam a presença dos drenos
verticais e permitem o fluxo vertical e horizontal conforme a permeabilidade definida.
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Para facilitar a visualização do aterro o programa possui uma janela onde aparece a malha de discretização,
em que a altura de cada célula é conhecida por meio de um código de cores. Cada célula tem, ainda, uma
marca superposta ao código de cores para sua fácil distinção. Ainda nesta janela pode-se obter informações
sobre cada célula, tais como, espessura, coordenadas absolutas e o número de ordem caso seja célula de
resíduos.
Os parâmetros de simulação contêm tanto os que governam cada um dos modelos teóricos utilizados
(permeabilidade, capacidade de campo, umidade, densidade e parâmetros de Horton) como aqueles que
controlam as simulações propriamente dita (data inicial e final, discretização temporal, raio de influência dos
drenos).
Com base nos dados externos o modelo calcula, para cada célula, a água que é transportada para as células
vizinhas através dos submodelos de fluxo horizontal e vertical. Por meio do submodelo de fluxo de drenagem
o líquido lixiviado é coletado pelo sistema de drenagem. O programa conta, ainda, com os modelos de
infiltração, evaporação e evapotranspiração, e de absorção dos resíduos.
Após os cálculos referentes a todos estes modelos, o programa realiza o balanço hídrico célula por célula, que
consiste na aplicação da equação de continuidade nas entradas e saídas de água na célula.
A figura 1 traz a seqüência dos cálculos utilizados pelo modelo e adiante serão mostradas algumas
considerações sobre os modelos utilizados.
Topografia e ordem de
enchimento das células
Precipitação
Temperatura
Definição do
aterro
Configuração
atual do aterro
Balanço hidrológico
célula por célula
Degradação
Biogás
Produção de
resíduos
Células
ativas
Quantidade de
lixiviados
Volume e
composição dos
resíduos
Registro
instantâneo e
temporal de
umidade
Composição
lixiviados
Quantidade e
composição
do biogás
Figura 1: Seqüência de cálculos do modelo
Submodelo de fluxo horizontal
As células foram idealizadas como depósitos com alturas de água, h1 e h2, correspondentes à umidade de cada
célula, considerando toda a água contida nelas como pertencente à zona saturada.
No fluxo entre células, supondo que não existe fluxo d’água abaixo do menor nível (h2), pode-se admitir que a
água percorre o trajeto entre centros de células (Lx) atravessando uma área vertical (Ax), conforme equação 1:
Ax = [(h1 − h2 ) / 2] ∗ L y
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equação (1)
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Por percorrer através de duas células, uma parte do fluxo se transporta ao fim com uma permeabilidade k1 e a
outra metade com uma permeabilidade k2, onde os índices 1 e 2 correspondem às células 1 e 2,
respectivamente. Por este motivo se define uma permeabilidade equivalente, conforme equação 2:
k xeq = 2.k1 .k 2 / (k1 + k 2 )
equação (2)
De acordo com as equações 1 e 2, e assumindo a hipótese de que o fluxo entre células ocorre em um meio
poroso onde é válida a lei de Darcy, obtêm-se a equação 3 que explica o submodelo de fluxo vertical.
Q = − Δh.L x .L y / Δt = k xeq . Ax .i
equação (3)
Para obter uma expressão do gradiente hidráulico i, admite-se que entre células com diferentes alturas de água
(h1 e h2), se produz uma transição do nível 1 ao nível 2 em uma distância horizontal Rh, chamada de “raio de
influência horizontal”, que pode ser modificado para potencializar ou reduzir o fluxo horizontal.
A figura 2 apresenta um esquema do submodelo de fluxo horizontal entre células.
Figura 2: Fluxo horizontal entre células
Submodelo de fluxo vertical
Como no caso anterior, a célula superior foi idealizada como um depósito de altura de água, h1,
correspondente à umidade da mesma. O fluxo vertical se produz através de uma camada de cobertura de
espessura e, e permeabilidade kv.
Neste submodelo são consideradas as seguintes hipóteses:
•
•
•
Os vazios dos resíduos, mesmo quando compactados, apresentarão caminhos preferenciais por onde
o líquido escoará em fluxo livre;
A camada de cobertura é considerada sempre saturada, não colaborando para o armazenamento de
umidade, que ocorre somente na camada de RSU;
O fluxo vertical através da camada de cobertura é considerado Darciano. Isto pode ser simplificado
considerando que o movimento da água (Qd) se produz através de um permeâmetro (camada
uniforme do terreno) de permeabilidade kv, espessura e e área da seção transversal Az.(Lx.Ly),
expresso na equação 4.
Qv = −Δh. Az / Δt = Az .k v .(h1 + e ) / e
equação (4)
A Figura 3 apresenta um esquema do submodelo de fluxo vertical entre células.
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Figura 3: Fluxo vertical entre células
Submodelo de drenagem
Como nas demais análises a célula superior é idealizada como um depósito com uma altura de água, h1,
correspondente à umidade livre da mesma. O submodelo de drenagem aplica-se somente nas células em que
foram definidos drenos inferiores.
Neste submodelo a quantidade de água que infiltra, através do material contido na célula, em direção ao dreno,
passa a formar parte do líquido lixiviado.
Supõe-se que o fundo da célula possui uma camada de material granular capaz de conduzir todo o líquido ao
tubo de drenagem.
O fluxo dentro da célula em direção a camada de material granular é, como no caso do submodelo de fluxo
vertical, um fluxo Darciano com gradiente hidráulico unitário. A permeabilidade vertical utilizada
corresponde a do terreno sobre o dreno, no interior da célula, denominada Kvdren.. A equação 5 resume o
submodelo de drenagem:
Qv = −Δh. Az / Δt = Az .k vdren
equação (5)
A figura 4 apresenta um esquema do submodelo de drenagem.
Figura 4: Modelo de drenagem de fundo
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Modelo de infiltração
Para decompor a precipitação sobre o aterro, em infiltração e escoamento superficial, utiliza-se a fórmula de
Horton, conforme equação 6.
f = f c + ( f o − f c ) * e − kt
equação (6)
Sendo:
f → capacidade de infiltração;
t → tempo transcorrido desde o início da precipitação;
fc → capacidade de infiltração mínima alcançada em um certo tempo;
fo → capacidade de infiltração máxima que se dá ao iniciar-se a precipitação.
Os parâmetros de Horton, fc, fo e k, são estimados conforme o tipo de solo considerado.
Neste modelo compara-se a intensidade da precipitação, I, com a capacidade de infiltração no instante
considerado, sendo que se I < f, toda chuva se infiltra, caso contrário, se I > f, uma parte da chuva infiltra e o
restante escoa superficialmente.
Modelo de evaporação e evapotranspiração
A evaporação é calculada, quando a célula encontra-se em condição saturada, pelo método desenvolvido por
Pennan, caso a célula encontre-se em condição não saturada calcula-se de acordo com Turc.
A evapotranspiração que ocorre após a cobertura do aterro com vegetação é simulada usando uma versão
simplificada do modelo de Thorthwaite.
Modelo de absorção dos resíduos
Os solos e os RSU possuem a propriedade de absorver parte da água que circula através dos mesmos. Para
simular este comportamento empregou-se um modelo teórico, sendo necessário a introdução do conceito de
capacidade de campo, que é definida como a quantidade máxima de água que um material pode reter contra a
gravidade. Aplicando este conceito, uma célula submetida a um fluxo de água incrementará sua umidade até
alcançar sua capacidade de campo (CC), momento a partir do qual toda água que entrar no sistema circulará
livremente.
A capacidade de campo depende da porosidade do resíduo e esta, por sua vez, diminui com a pressão a que o
mesmo está submetido. O modelo de absorção pode ser expresso pela equação 7:
CC i = CC a − (CC a − CC b )(1 /(1 + 10000 / Wi ) )
equação (7)
Sendo:
Wi → peso das células situadas sobre a célula “i” dividido pela área da mesma.
CCi → capacidade de campo da célula “i” expressa em %.
CCa → capacidade de campo inicial dos resíduos, sem estar submetido a pressão (corresponde a máxima
umidade que um resíduo pode reter).
CCb → capacidade de campo mínima, que corresponde a umidade que um resíduo pode reter quando estiver
submetido a uma pressão infinita (Wi = ∞ ) .
CCc → um parâmetro de calibração, como o anterior, que define a rapidez da variação de CC com a
profundidade entre os valores extremos CCa e CCb.
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Balanço hídrico
A partir dos resultados de todos os modelos apresentados, o MODUELO executa o balanço de umidade em
cada célula obtendo como resultados, a geração de líquido lixiviado no aterro e a variação do teor de umidade
em cada célula.
A água entra em uma célula através das células vizinhas (escoamento) e mediante infiltração (precipitação,
escoamento e evaporação). O armazenamento ocorre em cada célula até atingir a capacidade de campo, ou
seja, incrementa-se a umidade (H) dos resíduos até alcançar a capacidade de campo (CC). Ao completar-se
este primeiro fenômeno, as próximas entradas de água incrementarão umidade (H) em forma de água livre
(Ld: lixiviado disponível).
A geração de líquido lixiviado em uma célula pode ser produzida por diversas causas: escoamento para a
célula inferior ou adjacente (Lfv, Lfh), consumo de água na formação de biogás e efeitos de sobrecarga.
O balanço hídrico em uma célula será expresso mediante a equação 8:
ΔLd
Δt
= P(t ) + L fv (t ) ± L fh (t ) − E s (t ) − EVT (t ) − CC r (t ) + PS w (t )
equação (8)
em que:
ΔLd
Δt
→ variação da quantidade de lixiviado disponível. Supõe-se um armazenamento que posteriormente
escoará vertical ou horizontalmente para as células vizinhas.
H (t ) → umidade que estará presente em duas formas: como CC e/ou como ΔLd
Δt
.
P(t ) → precipitação sobre a célula
L fv (t ) → volume escoado verticalmente proveniente da célula imediatamente superior.
L fh (t ) → volume escoado horizontalmente proveniente das quatro células laterais. Será positivo ou negativo
em função do que entra ou sai da célula em estudo.
E s (t ) → escoamento superficial da água de chuva que escorre pela superfície sem infiltrar.
EVT (t ) → evapotranspiração ou evaporação, de acordo com a existência de plantas na superfície.
CC r (t ) → capacidade de campo remanescente CCr(t) = CC(t-1) – H(t-1) ≥ 0. Se a capacidade de campo não
está saturada CCr(t) >0, tem-se H(t) = CC(t), caso contrário, se a capacidade de campo está saturada,
CCr(t) = 0, tem-se H(t) = ΔLd/Δt.
PS w (t ) → umidade liberada pela compressão dos poros PSw(t) = CC(t-1) – CC(t).
APLICAÇÃO DO MODELO MODUELO
Foi realizada uma simulação preliminar para um período de um ano, a partir do início do enchimento de uma
das células do aterro sanitário da BR-040 em Belo Horizonte, o qual pode ser visualizado na figura 5.
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Figura 5: Vista geral da célula utilizada na simulação
Para a execução da simulação, com o modelo MODUELO, foi necessário obter os parâmetros referentes aos
quatro blocos de dados de entrada, quais sejam, climatologia, produção de RSU, morfologia do aterro e
parâmetros de cálculo.
Os dados climatológicos - precipitação, temperatura, umidade, insolação e velocidade do vento - foram
obtidos nos registros climatológicos da Companhia Energética de Minas Gerais – CEMIG. Esses dados foram
sistematizados de forma a gerar um banco de dados compatível com o programa utilizado.
Os dados de produção de RSU, a história de enchimento do aterro e os parâmetros de cálculo foram
levantados a partir dos registros operacionais junto a Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte
– SLU.
De acordo com os dados operacionais levantou-se, primeiramente, a topografia da base do aterro, a qual pode
ser visualizada nas figuras 6 e 7.
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BArreira Vertical
1350.00
1300.00
1250.00
1200.00
1150.00
1100.00
1050.00
Dique
1000.00
800.00
850.00
900.00
950.00
Figura 6: Topografia original da célula utilizada na simulação
Barreira Vertical
Dique
Figura 7: Modelo digital do terreno da célula utilizada na simulação
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Após ter sido realizada a discretização da base do aterro, os dados operacionais referentes a cada mês de
operação foram trabalhados para a obtenção da seqüência de enchimento mês a mês, obtendo como resultado
a configuração do aterro para o período considerado na simulação (figura 8).
Figura 8: Exemplo da tela correspondente ao enchimento da célula
Para verificar a aplicabilidade do programa, compararam-se os resultados obtidos com os registros de campo
das vazões de líquidos lixiviados gerados, nos últimos três meses do ano simulado.
Destaca-se que, por se tratar de uma análise preliminar, alguns parâmetros utilizados na simulação foram
obtidos na literatura e a partir de sugestões do próprio modelo, o que, em parte, pode explicar as diferenças
encontradas entre os valores medidos em campo e os produzidos pelo modelo, conforme apresentado na
Figura 9. Observa-se um atraso entre a ocorrência da precipitação e o inicio da geração de líquidos lixiviados,
indicando a importância da incorporação da capacidade de campo dos materiais na avaliação do balanço
hídrico em aterros de disposição de RSU.
2500
500
Lixiviado gerado MODUELO
Lixiviado gerado no aterro
Precipitação
350
1500
300
250
1000
200
150
500
Precipitação (mm)
400
3
Volume gerado (m )
2000
450
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Meses
Figura 9: Comparação entre os resultados do modelo e os obtidos em campo
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23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
CONCLUSÕES
O modelo descrito e utilizado na simulação mostrou-se versátil e com grande capacidade de simular o balanço
hídrico em aterros de disposição de RSU desde a fase inicial de enchimento, considerando geometrias
complexas e existência de sistemas de drenagem internos.
As principais dificuldades encontradas se referem a necessidade de conhecimento de um grande volume de
informações, principalmente o histórico de preenchimento, usualmente não disponível. No entanto, por ser um
modelo tridimensional que contempla a interação entre células, sua utilização em aterros onde se dispõe dos
dados permitirá a sua calibração e posterior comparação dos resultados com modelos mais simplificados,
permitindo a validação desses.
As análises preliminares apresentadas estão sendo refinadas e ampliadas para todo o período de enchimento da
célula estudada, o que possibilitará uma análise mais detalhada dos resultados, incluindo os módulos de
degradação e geração de biogás, não utilizados no presente trabalho.
AGRADECIMENTOS
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, pela concessão da bolsa de
Iniciação Científica; à Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte – SLU e a Companhia
Energética de Minas Gerais – CEMIG pelo fornecimento dos dados, e à Profa. Amaya Lobo G. de Cortazar,
da Universidade da Cantabria, Espanha, pelo apoio na utilização do modelo MODUELO.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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