Departamento de Engenharia Civil
AVALIAÇÃO DA PRODUÇÃO DE GÁS DE AMOSTRAS
DE RSU EM LABORATÓRIO
Aluno: Camila Rossi Bergmann
Orientador: Tácio Mauro Pereira de Campos
Co-Orientadores: Denise Maria Mano Pessoa;
Thais Cristina Campos de Abreu
1. Introdução
A crise iniciada em 1973 fez com que o interesse mundial no investimento em
alternativas ao petróleo aumentasse.
Tais questões suscitaram no Brasil o desenvolvimento de muitos projetos
relacionados a fontes energéticas alternativas, tais como energia solar, eólica, produção
de biomassa e produtos biológicos como o álcool proveniente da fermentação da cana-deaçúcar (pró-álcool) e o biogás como aproveitamento energético do lixo. A coleta de
biogás de aterros sanitários no Rio de Janeiro chegou a corresponder a 3% do gás natural
distribuído pela Companhia Estadual de Gás do Rio de Janeiro (CEG). Mesmo com a
subsequente estabilidade do preço do petróleo e com a diminuição temporária do
empenho pelo estudo de fontes alternativas de energia, nas últimas décadas a
conscientização da necessidade da diminuição progressiva do uso de recursos não
renováveis e os incentivos financeiros promoveram a volta do interesse em pesquisas
para implantação de fontes de energia limpa e renováveis.
A preocupação com o meio ambiente levou os países da Organização das Nações
Unidas a estipularem uma forma de controle sobre as intervenções humanas no clima.
Assim, em 1999 foi assinado o “Protocolo de Kyoto”, acordo internacional, que
determinou uma cota máxima de emissão de gases causadores do efeito estufa,
estabelecendo metas de redução da emissão de gases poluentes para os países
desenvolvidos. Para não comprometer as economias desses países, o protocolo
determinou que parte desta redução poderia ser feita através de negociação com nações
por mecanismos de flexibilização. Um destes mecanismos é o Mecanismo de
Desenvolvimento Limpo (MDL), através do qual países que, como o Brasil, não são
obrigados a cumprir essas metas, podem desenvolver projetos que reduzam a quantidade
de gases de efeito estufa (GEE) que são lançados na atmosfera e vender uma cota de
emissão para países desenvolvidos. Essas cotas são denominadas Créditos de Carbono
ou Redução Certificada de Emissão (RCE). Uma RCE corresponde a uma tonelada de
Dióxido de carbono equivalente. Por causa dessas metas, criou-se o comércio de
emissões que consiste na compra e venda de cotas de emissão de gás carbônico.
Partindo-se do princípio que o gás metano tem um potencial para o aquecimento
global 21 vezes maior que o do gás carbônico, o uso desse gás como fonte de combustível
é interessante do ponto de vista da sustentabilidade porque, além de ser alternativa ao uso
do petróleo, quando oxidado a gás carbônico, possibilita negociações com venda de
créditos de carbono, em relação ao gás carbônico emitido para a atmosfera em vez de
metano. Isso faz com que projetos de aproveitamento do biogás produzido em aterros
sanitários sejam classificados como MDL e gerem créditos de carbono, economicamente
interessante a sua implantação.
1.1.Biogás
O biogás é um combustível gasoso, com alto poder calorífico, constituído por
aproximadamente 55 a 70% de metano, 30 a 45% de gás carbônico e de traços de
nitrogênio, oxigênio, hidrogênio e gás sulfídrico. Não tem cheiro, cor, nem sabor, mas o
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biogás apresenta um leve odor desagradável devido alguns gases presentes em sua
composição.
O gás metano, principal constituinte do biogás, é obtido sob condições
anaeróbicas, a partir da degradação em da matéria orgânica de resíduos sólidos dispostos
em aterros sanitários ou presentes em sistemas de tratamentos anaeróbicos de efluentes
industriais e de esgoto sanitário.
O conhecimento dos processos de produção do gás metano é essencial para o
aproveitamento de energia. As vias metabólicas dessa produção utilizam proteínas,
carboidratos e lipídeos para a conversão em metano por meio de várias reações
sequenciais. Farquahar & Rovers identificaram, em 1973, os processos envolvidos na
degradação anaeróbia, convencionando-se, a título didático, de apresentá-los em 4 etapas,
sendo elas a hidrólise; acidogênese; acetogênese; e metanogênese.
Durante a fase metanogênica o metano é produzido pelas arqueias metanogênicas
por duas vias metabólicas principais: a hidrogenotrófica e a acetotrófica (ou
acetoclástica). As arqueias hidrogenotróficas são autótrofas e reduzem o CO2 (gás
carbônico) a CH4 (gás metano) usando H2 como doador de elétrons e liberando H2O. As
arquéias acetoclásticas são heterótrofas, produzindo o CH4 e CO2 a partir da utilização e
transformação do acetato.
Com o objetivo de conhecer melhor as transformações que resultam na produção de
CH4 e CO2 e avaliar a biodegradabilidade sob condições aeróbicas e anaeróbicas e o
potencial de geração de gás durante a decomposição anaeróbica da matéria orgânica
pesquisadores desenvolveram diferentes ensaios [1].
Alguns ensaios se propõem a avaliar a biodegradabilidade de polímeros orgânicos e
de resíduos sólidos urbanos (RSU) pela determinação do consumo de oxigênio ou pelo
dióxido de carbono produzido durante o ensaio de respiração [2].
Uma modificação da técnica desenvolvida por Warburg vem sendo utilizada com o
uso de diferentes amostras como substrato ou presença de solução de nutrientes [1]. O
procedimentos conhecidos como Potencial Bioquímico de Metano (Biochemical Methane
Potential – BMP) etambém ensaios de incubação [2] consistem no monitoramento da
formação de biogás gerado a partir da biodegradabilidade da matéria utilizada como
substrato. Ambos ensaios são baseados nas medidas da produção de metano através
degradação da matéria orgânica gerada pela ação da biomassa metanogênica sob
condições anaeróbicas.
2. Objetivos
O objetivo deste trabalho é avaliar a produção de gás metano a partir de amostras
de resíduos sólidos urbanos (RSU) de diferentes idades retiradas do Aterro Metropolitano
de Jardim Gramacho.
3. Metodologia
Os materiais retirados do aterro tem idades de 1 e 5 anos de disposição no aterro e
foram coletados do aterro controlado de Gramacho, com a ajuda de retro-escavadeira. A
seguir serão descritos os passos para a obtenção da amostra, como foram realizadas as
caracterizações físicas e químicas e como foi realizado o ensaio de geração de gás. Para o
ensaio de geração de gás foi necessária a utilização de lodo (ativado) proveniente de uma
estação de esgoto, conforme será descrito posteriormente.
3.1.Retirada do RSU
Para a retirada do material do campo, foi necessário remover primeiramente o
sistema de cobertura com ajuda de um maquinário (retro-escavadeira) a fim de atingir o
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material a ser amostrado, que estava no subsolo. O material retirado pela caçamba da
retro-escavadeira foi disposto na superfície da camada de cobertura do aterro. Deste
material foram retiradas as amostras utilizadas nos ensaios e evitou-se coletar os resíduos
de dimensões muito grandes. A coleta foi efetuada manualmente, como visto na Figura 1.
Figura 1 - Coleta do resíduo de 1 ano.
Embora as idades dos resíduos sejam distintas, a profundidade não variou e foi de
aproximadamente 1 metro, condição apenas para retirada do material de cobertura e da
primeira camada de resíduo que possui contato direto com o solo. É importante ressaltar
tal condição de amostragem, pois, para a avaliação dos resultados, não se pode considerar
que estes resíduos apresentam-se dispostos num perfil de subsolo.
O resíduo foi acondicionado em sacos plásticos, previamente identificados com a
idade, seção e cota do aterro onde os resíduos foram aterrados. Esses sacos plásticos
foram colocados em bombonas (tambores/galões) com tampas e levados ao Laboratório
de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio e imediatamente postos sob refrigeração.
3.2.Obtenção do Lodo
O lodo foi empregado como um inóculo de bactérias metanogênicas e é um item
indispensável para a realização do experimento de geração de gás. Ele foi obtido de um
sistema de tratamento de esgoto municipal resultante do final do processo de purificação
da água. O lodo foi retirado de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (RAFA) em que
se utiliza um processo de tratamento biológico através do crescimento bacteriano disperso
e de manta de lodo (chamado de reator UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket).
3.3.Características Físicas dos RSU
3.3.1. Composição gravimétrica
A separação do material coletado foi iniciada no dia posterior da coleta em campo
em capela de exaustão, com a superfície interna coberta com papel tipo cartão de cor
branca. Os resíduos foram colocados em recipientes de vidro, homogeneizados e
quarteados.
O quarteamento é a divisão da massa de resíduo em quatro partes iguais, onde duas
partes vis-a-vis (ou seja, opostas diametralmente) são tomadas como amostra e as outras
duas são novamente colocadas nos sacos plásticos com suas identificações e levadas ao
freezer. Os resíduos quarteados foram picotados com tesouras em tamanhos de
aproximadamente 1 cm² e submetidos à análise, propriamente dita, da composição
gravimétrica. Assim, os resíduos foram classificados segundo sua reatividade e
biodegradabilidade [3], como visto na Tabela 1.
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A segregação atingiu a ordem de grupos, sendo que as categorias não foram
separadas, e sim agrupadas. Assim, separarmos em: massa orgânica (Grupo I e II), inerte
(Grupo III) e não identificáveis tanto para os resíduos de 1 ano quanto os de 5 anos, como
pode ser visualizado nas Figuras 2 e 3.
Figura 2 – Separação do RSU de 1 ano.
Figura 3 – Separação do RSU de 5 anos.
Após a separação das amostras nestes grupos eles foram novamente armazenados
em sacos plásticos, identificados e guardados na geladeira para as caracterizações
seguintes.
Tabela 1 – Modelo para segregação da composição gravimétrica do RSU.
Definição
Grupo
Categoria
Vidro
Metal ferroso
Metal não ferroso
Plástico
fino
(macio)
Plástico duro
ou
Entulho
Grupo III
Inertes
pouco
biodegradável
Outros
Identificável
Não
identificável
Papel
Grupos II
Papelão
Lentamente
Tetra Pak
biodegradáveis
Tecidos
Madeira
Matéria orgânica
Grupo I
putrescível
Rapidamente
Podas
biodegradáveis Ossos
Material particulado de difícil
identificação
Exemplos
Embalagens, espelho, superfícies vítreas
Arames, peças, lâminas
Embalagens de alumínio, fios de cobre
Sacos plásticos
Garrafas, PET, tampas e embalagens plásticas
Entulhos de construção civil, pedras
Material de higiene pessoal (fraldas
descartáveis, absorventes), palhas de aço,
parafinas, drogas farmacêuticas, látex
(borrachas, preservativos, películas), peças de
couro e derivados de petróleo (isopor,
espumas)
Papel de escritório, jornais, revistas,
embalagens de alimentos, papel higiênico
Embalagens de papelão
Embalagens de sucos e leite
Roupas, trapos
Peças de madeira, mobílias
Restos de alimentos, tecido animal morto
Folhas, galhos, restos da capina
Ossos de animais
Material orgânico e inertes úmidos e miúdos,
grãos de solo, todos intimamente misturados
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3.3.2. Teor de umidade
A determinação do teor de umidade foi feita com base na norma NBR 6457/1986.
Ele pode ser expresso em relação de volume (unidade volumétrica) ou de massa (unidade
volumétrica). O último foi o método utilizado neste trabalho que constará a relação
expressa entre massa de líquido e a massa total de sólidos. O ensaio foi realizado tanto
para as amostras de RSU como para o lodo com microrganismos anaeróbios como
também para todas as classes separadas de RSU.
Inicialmente, as amostras, tanto de RSU quanto de lodo, foram colocadas em
cápsulas de alumínio, numeradas e previamente pesadas. Em seguida estas cápsulas
foram pesadas e levadas para a estufa a uma temperatura entre 105 e 110 °C, até a
constância de massa. Depois de retirada da estufa, espera-se esfriar a superfície da
cápsula, com a mesma tampada, evitando absorção de umidade ambiente ao material, e
obtêm-se o peso seco. Assim, o teor de umidade pode ser calculado como:
w=
Mi − M f
Mf
⋅ 100
onde w é o teor de umidade [%]; Mi é o peso da cápsula com resíduo no estado inicial,
ou seja, úmido [g]; e Mf é o peso da cápsula com resíduo após a secagem [g].
3.4.Características Químicas
3.4.1. . Matéria Orgânica
A determinação do teor de matéria orgânica (M.O.) foi feita com base na norma
NBR 13600/1996 com adaptações. A caracterização foi realizada tanto para as classes de
massa orgânica e não-identificados quanto para o lodo e com isto, totalizando 5 ensaios
desta determinação. Esta determinação está baseada num método analítico gravimétrico,
no qual a quantidade de matéria orgânica total existente numa amostra é obtida pela
diferença entre a massa da amostra inicial e a amostra submetida a queima. Durante este
procedimento, a matéria orgânica é oxidada pelo oxigênio atmosférico, gerando dióxido
de carbono e vapor de água. Como ambos os produtos são gasosos, a perda de massa é
representada como a quantidade de matéria orgânica existente na amostra que foi
oxidada.
Assim, após a execução da secagem das amostras para a determinação do teor de
umidade, os materiais secos foram passados para cadinhos de porcelana (previamente
pesados e identificados) e em seguida introduzidos na mufla a temperatura de 440 ± 5 °C
por um período de 5 horas[4] [5]. O teor de matéria orgânica do composto foi definido
pela diferença de massa no início e no final do ensaio.
B

MO =  1 −  ⋅ 100
A

onde MO é o teor de matéria orgânica [%]; A é a massa da amostra seca em estufa, à
temperatura de 105 a 110 °C [g]; e B é a massa da amostra queimada em mufla, à
temperatura de 440 ± 5 °C [g].
3.4.2. Resíduos voláteis
O teor de sólidos e voláteis foi conduzido segundo Who (1979), com
modificações [6]. Foi utilizado o material que restou nos cadinho após ter sido feita a
determinação de M.O.. Eles foram levados a uma mufla, com temperatura de 550 °C, por
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3 horas, e depois de resfriado foi determinado o seu peso. O valor de sólidos voláteis
(SV) se calculada da seguinte maneira:
 P1 − Pf 
SV = 
 ⋅ 100
 P1 
onde P1é o peso inicial [g]; e Pf é o peso final [g].
3.5.Formação de gás
O ensaio para a formação de gás que foi adotado é o que melhor representa as
condições do aterro, ou seja, que levam em consideração as condições anaeróbias. Assim,
o procedimento para o ensaio de formação de gás foi baseado na metodologia alemã GB21
que tem o mesmo princípio do ensaio BMP e foi adaptado às condições do laboratório de
Microbiologia do Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio.
O grupo de amostras utilizado para tal ensaio foi o de “massa orgânica”, já que no
aterro os gases gerados provem principalmente da degradação desta classe. As outras
classes de inertes e não identificáveis não resultam geração significativa de gás.
Para as determinações dos gases produzidos, um equipamento como mostrado na
figura 4 foi utilizado. Ele consiste num eudiômetro (A) com volume de 400 ml, que é
graduado de cima para baixo e de baixo para cima com uma escala de graduação de 5 ml,
e é encaixado em um frasco de reagente (B) de 500 ml onde ocorre a produção de gás.
Um tubo flexível de silicone faz a conexão entre o eudiômetro e um recipiente (C) que
contém um líquido cor de rosa seguindo o princípio dos vasos comunicantes, ou “Lei de
Stevin”. O gás formado entra no eudiômetro e movimenta este líquido sendo possível
analisar o volume gerado. Uma válvula no topo do eudiômetro é usada para a remoção da
amostra de gás (expurgo) e ajustar o ponto zero.
No frasco (B) foram inseridos 50 g da
amostra de massa orgânica, 50 ml de lodo e
completado com água destilada até a marca
de 300 ml. Ele foi mantido mergulhado em
um banho-maria a uma temperatura de 25
ºC, no escuro. Para isto, o frasco foi envolto
com papel alumínio. O eudiômetro foi
encaixado no frasco com a válvula no topo
aberta para que fosse ajustado o ponto-zero,
no caso, 350 ml (na escala de baixo para
cima). Em seguida, a válvula foi fechada e
a conexão entre o frasco e o eudiômetro foi
impermeabilizada com silicone para evitar
qualquer tipo de vazamento.
Figura 4 – Equipamento para ensaio GB21.
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Os testes tiveram duração de 21 dias, sendo estendida em alguns dias para que fosse
analisado o equilíbrio na geração de gás. Durante esses 21 dias, foram feitas anotações do
tempo e volume de gás gerado.
4. Resultados
Serão apresentadas características do resíduo como a composição gravimétrica, teor
de umidade que foi dividido em 3 subitens (RSU 1 ano; RSU 5 anos; e lodo), teor de
matéria orgânica e sólidos voláteis que também serão divididos nos mesmos subitens.
4.1.Características Físicas
Nesta seção serão apresentados os resultados da caracterização física dos resíduos e
do lodo.
4.1.1. Composição gravimétrica
Conforme Tabela 1, foram definidos classes de resíduos para a separação. O RSU
foi separado em duas classes: identificáveis e não-identificáveis e esses agrupados em
dois grupos, ao invés dos três propostos. Os grupos foram chamados de “inertes” (que
compreende o grupo III da Tabela 1) e de “massa orgânica” (que compreende aos grupos
I e II da Tabela 1).
Para os 3.948 g de resíduos da fração de 1 ano foram obtidos 2.229 g de material da
classe dos identificáveis e 1.288 g de material da classe dos não-identificáveis. Da classe
dos identificáveis 1.160 g (29,4 % do total) eram do grupo de “massa orgânica” e 1.069g
(27,0% do total) do grupo chamado de “inertes”.
Pata os de 9.761 g de resíduos de 5 anos de idade foram obtidos 5.131 g de
material da classe dos identificáveis e 4.630 g de material da classe dos nãoidentificáveis. Da classe dos identificáveis, 1.550 g (15,9 % do total ) eram do grupo
chamado de “massa orgânica” e 3.582 g ( 36,7%) do grupo chamado de “inertes”.
4.1.2 Teor de umidade
RSU 1 ano
O teor de umidade do resíduo com idade de um ano foi obtido considerando-se toda
a massa deste resíduo, sem segregação, chamado de “resíduo total” (Tabela 2) e também
com após a segregação em inerte e “massa orgânica”, como visto nas Tabelas 3 e 4,
respectivamente.
A massa de água foi obtida pela subtração entre a massa de material úmido e a
massa do material após o processo de secagem.
Tabela 2 – Teor de umidade do resíduo total de 1 ano.
Nº cápsula Cápsula
vazia
104
25,68
135
26,00
176
27,06
cápsula +
inerte úmido
61,44
62,27
60,38
Massa (g)
cápsula +
inerte seco
49,77
49,83
48,10
água
11,67
12,45
12,28
O teor médio de umidade do resíduo total foi de 53 %.
inerte
seco
24,09
23,83
21,04
Umidade
(%)
48,4
52,2
58,3
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Tabela 3 – Teor de umidade do resíduo inertes de 1 ano.
Nº
Refratário
Inerte 1ano
Refratário
vazio
1288,30
Refratário +
inerte úmido
2349,90
Massa (g)
Refratário +
inerte seco
2076,90
água
inerte seco
Umidade
(%)
273,00
788,60
34,6
Tabela 4– Teor de umidade do resíduo “massa orgânica” de 1 ano.
Nº
cápsula
cápsula
C
X
A
48,52
52,12
54,26
cápsula +
inerte úmido
59,38
62,91
67,64
Massa (g)
cápsula +
inerte seco
53,54
57,73
60,42
água
5,83
5,18
7,22
Umidade
(%)
inerte seco
5,03
5,61
6,16
116,1
92,3
117,2
O teor médio de umidade da massa orgânica foi de 108,5 %.
O material que apresentou o maior teor de umidade foi a massa orgânica, o que
confirma os resultados apresentados na literatura. O “resíduo total de 1 ano” apresentou
teor de umidade inferior ao da massa orgânica e próximo aos inertes, sendo este resultado
também esperado, visto que existe o material inerte que absorve uma quantidade bem
reduzida de água. Os resíduos não-identificados apresentam uma capacidade menor em
retenção de água quando comparado a matéria orgânica.
RSU 5 anos
O teor de umidade do resíduo com idade de cinco anos foi obtido de maneira
similar ao do resíduo com idade de um ano. O teor de umidade do resíduo total; dos
inertes; e massa orgânica, respectivamente, são apresentados nas Tabelas 5; 6; e 7.
Tabela 5– Teor de umidade do resíduo total de 5 anos.
Nº
cápsula
98
131
197
cápsula
vazia
26,10
25,31
25,57
cápsula +
inerte úmido
63,88
76,41
61,18
Massa (g)
cápsula +
inerte seco
42,87
55,18
41,02
água
inerte seco
Umidade
(%)
21,01
21,23
20,16
16,77
29,87
15,45
125,3
71,1
130,5
O teor de umidade do resíduo total de 5 anos foi, em média, de 108,9 %.
Tabela 6 – Teor de umidade do resíduo inerte de 5 anos.
Nº
Refratário
Inerte 1ano
Refratário
vazio
1278,90
Refratário +
inerte úmido
22,95,20
Massa (g)
Refratário +
inerte seco
1963,60
água
inerte seco
Umidade
(%)
331,60
683,70
48,5
Tabela 7 – Teor de umidade do resíduo “massa orgânica” de 5 anos.
Nº
cápsula
cápsula
H
L
T
72,97
50,69
55,03
cápsula +
inerte úmido
97,66
63,35
72,64
Massa (g)
cápsula +
inerte seco
14,42
8,52
12,05
água
inerte seco
Umidade
(%)
14,42
8,52
12,05
10,28
4,14
5,56
140,2
205,7
216,7
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O teor de umidade da massa orgânica de 5 anos, foi , em média, de 187,5 %.
A fração do resíduo que apresentou maior teor de umidade foi a “massa orgânica”,
resultado equivalente ao apresentado no resíduo de um ano. Este resultado é condizente
com a característica deste tipo de material, visto que possuem maior capacidade de
absorção de água.
Comparando os resultados em relação às idades dos resíduos, foi observado que
os materiais inertes de diferentes idades apresentaram um teor de umidade similar,
resultado esperado pelas características físico-químicas deste tipo de material. Outra
comparação é em relação ao material nomeado de massa orgânica, em que os resíduos de
5 anos apresentam um maior teor de umidade do que os de 1 ano. Este resultado pode ser
explicado, já que durante o tempo de degradação do material são gerados como
subprodutos compostos sólidos, líquidos e gasosos, sendo natural por apresentar uma
tendência a mineralização, ou seja, a decomposição do material formando H2O e CO2.
Assim, no geral, a massa de sólidos diminuiu com o tempo, aumentando a quantidade de
líquidos e gases. Os gases por serem voláteis, não ficam “presos” a massa de resíduo.
Com isto, a quantidade de umidade do material aumenta.
Embora os resultados obtidos apresentem coerência, torna-se necessário um maior
número de repetições dos ensaios e coletas de matérias de diferentes idades para avaliar a
tendência do alteração da umidade com a idade, em resíduos que possuem a mesma cota.
Tendo em vista que a maioria dos RSU depositados há mais tempo devam se encontrar
num perfil de subsolo, podem apresentar um teor de umidade menor com o aumento da
profundidade [7]. Assim também seria esperado um teor de matéria orgânica menor com
a idade, por consequência, com a profundidade.
Lodo
O lodo por apresentar-se na forma de fluido, apresenta grande quantidade de água
na sua composição. Assim, foi necessário um tempo maior, na determinação do teor de
umidade, do que o normalmente empregado para solos.
Foi verificada a necessidade de inicialmente, colocar uma temperatura de,
aproximadamente, 60 ºC por 24 horas e aumentar esta temperatura gradativamente em 20
ºC até atingir 105 ºC, visto que a água entra em ebulição sobre temperatura de 100 ºC, e
consequentemente, bolhas de líquido sobem e estouram, derramando parte do lodo para
fora da cápsula. A Tabela 8 apresenta os valores de umidade obtidos para o lodo.
Tabela 8 – Determinação do teor de umidade do lodo.
Massa (g)
Nº
cápsula
cápsula
98
176
197
11
1
22
104
135
26,10
27,06
25,57
21,36
21,52
23,21
25,68
26,00
cápsula +
lodo úmido
96,42
104,07
96,87
88,06
93,24
88,20
94,98
98,17
cápsula +
lodo seco
27,39
28,48
26,89
22,59
22,86
24,44
26,97
27,33
água
69,03
75,59
69,97
65,47
70,38
63,76
68,01
70,84
lodo seco
Umidade
(%)
1,29
1,42
1,32
1,23
1,34
1,23
1,29
1,33
5.372
5.331
5.293
5335
5.260
5.192
5.289
5.330
A partir dos resultados apresentados, verificou-se que o teor de umidade do lodo
foi, em média, 5.300%.
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4.2.Características químicas
4.2.1. Teor de matéria orgânica
RSU 1 ano
O teor de matéria orgânica dos resíduos com idade de um ano foi obtido
considerando apenas a massa orgânica deste, e seu resultado está disposto na Tabela 9.
Tabela 9 - Teor de matéria orgânica da “matéria orgânica” RSU de 1 ano.
Nº
cápsula
C
X
A
cápsula
vazia
48,519
52,117
54,261
cápsula +
lodo seco
53,344
57,726
60,420
Massa (g)
cápsula +
lodo queimado
51,648
55,370
60,42
lodo seco
lodo queimado
Teor de
M.O.(%)
3,129
3,253
6,159
35,2
42,0
55,0
4,825
5,609
6,159
A média do teor de M.O. para a “massa orgânica” dos RSU de 1 ano foi 44,1 %.
RSU 5 anos
Assim como para o RSU 1 ano, o teor de matéria orgânica dos resíduos com idade
de cinco anos foi obtido considerando apenas a massa orgânica deste e seu resultado está
apresentado na Tabela 10.
Tabela 10 - Teor de matéria orgânica da “massa orgânica” RSU de 5 anos.
Nº
cápsula
H
L
T
cápsula
vazia
72,968
50,694
55,029
Massa (g)
cápsula + cápsula + lodo
lodo seco
lodo seco
queimado
83,24
78,474
10,279
54,835
51,971
4,141
60,589
56,971
5,560
lodo
queimado
5,506
1,277
1,942
Teor de M.O.
(%)
46,4
69,2
65,1
O teor M.O. Para a “massa orgânica” dos RSU de 5 anos, em média, foi de 60,2%.
Comparando os resultados obtidos para os resíduos de um e de cinco anos, foi
encontrado porcentagem do teor de M.O. menor de matéria orgânica no resíduo de um
ano. Embora o teor de M.O. do resíduo de 5 anos esteja dentro da faixa de 30 a 80 %, este
resultado contradiz o que normalmente é esperado, visto que valores para resíduos novos
estão entre 62,5 % e para resíduos antigos estão em torno de 4,5 % [8] em consequência
da decomposição da parte orgânica do resíduo.
Lodo
A Tabela 11 apresenta os resultados obtidos para a matéria orgânica do lodo.
Tabela 11 – Teor de matéria orgânica do lodo.
Nº
Cápsula
H
T
cápsula
vazia
53,92
55,04
cápsula +
lodo seco
60,11
62,51
Massa (g)
cápsula + lodo
queimado
56,64
58,34
lodo seco
6,19
7,47
lodo
queimado
2,72
3,29
Teor de
M.O. (%)
56,0
55,9
Departamento de Engenharia Civil
A média do teor de M.O. para o lodo foi 56,0 %.
4.2.2. Teor de Sólidos voláteis (SV)
RSU
O teor de sólidos voláteis, assim como a de matéria orgânica apresentam uma
relação direta com a quantidade de material biodegradável, ou seja, quanto maior a
quantidade de S.V. maior a biodegradabilidade do material. Assim, a determinação deste
teor faz-se necessária para a avaliação da precisão de geração de gases.
Tabela 12 - Teor de sólidos voláteis da “massa orgânica” RSU de 1 ano.
Nº
Cápsula
C
X
A
cápsula
vazia
48,519
52,117
54,261
cápsula +
lodo seco
53,544
57,726
60,420
Massa (g)
cápsula + lodo lodo seco
queimado
51,603
5,025
55,324
5,609
56,994
6,159
lodo queimado
Teor de
S.V. (%)
3,084
3,207
2,733
38,6
42,8
55,6
O valor médio do teor de S.V. na massa orgânica de 1 ano foi de 45,7 %.
Tabela 13 - Teor de sólidos voláteis da “massa orgânica” RSU de 5 anos.
Nº
cápsula
Cápsula
vazia
H
72,968
L
50,694
T
55,029
cápsula +
lodo seco
83,247
54,835
60,589
Massa
cápsula + lodo lodo seco
queimado
78,383
10,279
51,954
4,141
56,954
5,560
lodo
queimado
5,415
1,260
1,925
Teor de
S.V. (%)
47,3
69,6
65,4
O valor médio do teor de S.V. na massa orgânica de 5 anos foi de 60,8 %.
Os valores de S.V. podem ser comparados a de outrois aterros brasileiros,
apresentados na literatura, como o aterro de Muribeca , que estão entre 45 a 98% [9] e
[1].
É intuitivo que o material que possui idade de um ano ainda apresente potencial de
geração de biogás. O mesmo não o é para resíduos que já possuem um tempo maior de
sua deposição, sendo esperado um valor menor do que o resíduo mais novo. Contudo, é
importante verificar os valores de S.V., já que resultados inferiores a 20 % descrevem que
o composto foi estabilizado e, por conseqüência, não apresentaria potencial de geração de
biogás. Assim, é visto que os resíduos de 1 e 5 anos ainda apresentariam potencial para
geração de biogás.
Lodo
Na Tabela 14 estão apresentados os valores de sólidos voláteis presente no lodo. Os
valores devem estar dentro de uma faixa de 47 a 57 % considerada ótima à ação
microbiana [6] a fim de funcionar como um catalisador no processo de formação de gás
para o ensaio GB21.
Departamento de Engenharia Civil
Tabela 14 – Teor de sólidos voláteis do lodo.
Nº
cápsula
Cápsula
vazia
H
53,922
L
55,044
cápsula +
lodo seco
60,109
62,513
Massa
cápsula + lodo lodo seco
queimado
56,585
6,187
58,253
7,469
Teor de
S.V. (%)
lodo
queimado
2,663
3,209
57,0
57,0
O valor médio de S.V. no lodo é 57 %. Este valor está dentro dos apresentados em
estudos de lodos anaeróbios, estando numa faixa entre 50 a 60 % S.V. [10].
4.3.Formação de gás
vo lum e g ás acum ulado (m l)
RSU 1 ano
O tempo de duração deste foi superior aos 21 dias, chegando a 46 dias de ensaio. O
intuito era visualizar como se comportaria a curva acima do tempo previsto pela norma
alemã. Assim, a Figura 5 apresenta o comportamento da produção de gás.
1200
1000
800
600
400
200
0
0
10
20
30
40
50
tempo (dia)
Figura 5 – Ensaio GB21 para resíduo de 1 ano.
O comportamento observado foi igualmente obtido por diversos pesquisados em
ensaios para avaliação da produção de biogás, em que ocorre um aumento pronunciado
da produção durantes dos 15 primeiros dias seguido de um decrescimento da produção,
de forma que a curva de produção de gás tende a apresentar uma produção “estacionária”.
Um segundo ensaio para o RSU de 1 ano foi realizado. O tempo de duração deste
ensaio foi de 21 dias, sendo obtido o comportamento visto na Figura 6.
Neste ensaio a produção de gás foi quase 5 vezes menor que a produção gerada no
primeiro ensaio. A primeira hipótese para redução da produção de gás é a perda de
umidade da amostra armazenada na geladeira, que influencia diretamente no potencial de
geração de gás. A segunda, é que pode ter ocorrido uma oxigenação do lodo, visto que a
entrada de ar pode ter modificado a característica da condição anaeróbia para aeróbia,
reduzindo a capacidade de catalisação da reação durante o processo de metanogênese
Como era esperado um mesmo comportamento e valores semelhantes ao do
primeiro ensaio, um novo ensaio foi iniciado usando outro frasco com lodo, no intuito de
retirar a hipótese de oxigenação pela entrada de ar no frasco anteriormente utilizado
volume gás acumulado (ml)
Departamento de Engenharia Civil
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
tempo (dia)
Figura 6 - Ensaio GB21 para resíduo de 1 ano – 2º ensaio.
volume gás acumulado (ml)
Assim, um terceiro ensaio com o RSU de 1 ano foi conduzido, como visto na
Figura 7.
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
tempo (dia)
Figura 7 - Ensaio GB21 para resíduo de 1 ano – 3º ensaio.
Embora este resultado tenha apresentado uma produção de gás total maior do que
o ensaio anterior, nos 10 primeiros dias ela foi inferior. Isto ocorreu por causa de
vazamentos detectados justamente neste período.
Devido ao tempo transcorrido entre os ensaios, acredita-se que houve perda de
umidade do material, sustentando a primeira hipótese. A segunda hipótese pode, também,
ter sido fundamentada, visto que com a utilização do lodo sem possível aeração
promoveu um aumento de produção de gás em relação ao segundo ensaio.
Contudo, este último ensaio não pode ser comparado ao primeiro visto aos
problemas de fuga de gás encontrado.
RSU 5 anos
O ensaio de geração de gás para o RSU de 5 anos foi realizado após dois meses da
coleta deste resíduo. a grande quantidade de material proveniente desta idade de resíduos
era composta basicamente por fibra da casca de coco verde e outras madeiras
provenientes de árvores. O comportamento da produção de gás pode ser visto na figura 8.
vo lu m e g á s a c u m u la d o (m l)
Departamento de Engenharia Civil
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
tempo (dia)
Figura 8 – Ensaio GB21 para resíduo de 5 anos.
O ensaio foi encerrado após 10 dias. Isto devido ao comportamento anômalo na
produção de gás, já que com o decorrer dos dias pareceu haver um consumo de gás ao
invés de ter gerado gás. Tal comportamento pode indicar um provável vazamento de gás.
5. Conclusão
Os materiais inertes apresentaram um teor de umidade similar entre si. A fração
orgânica foi a que apresentou maior capacidade de absorção de água, sendo o teor de
umidade maior para o RSU de 5 anos do que o de 1 ano. Este resultado pode ter ocorrido
em consequência da diminuição da massa de sólidos, do aumento da quantidade de gases,
que não ficam “presos” e da geração de subprodutos líquidos durante a decomposição da
matéria orgânica, resultando em um maior teor de umidade do material. O “resíduo total
de 1 ano” apresentou teor de umidade próximo ao do material inerte, resultado esperado,
visto a grande quantidade de material inerte, que absorvem quantidade reduzida de água.
O maior teor de “matéria orgânica” no RSU de 5 anos em relação ao de 1 ano pode ter
sido resultante da geração de subprodutos sólidos, líquidos e gasosos durante o tempo de
degradação do material.
A detecção de menor quantidade de matéria orgânica em resíduos mais jovens pode
ter ocorrido em função da variação do tipo de matéria orgânica – de rápida ou lenta
degradação ou das condições de disposição destes resíduos para a disponibilidade de
condições para a fase aeróbica de degradação microbiana. Os valores de sólidos totais
tanto para os resíduos de 1 como de 5 anos, na faixa de 47 a 57 %, podem ser
considerados ótimos à ação microbiana [9]. Os valores de produção de gás pelas amostras
dos RSU de 1 ano, nas condições testadas, apontaram para um potencial geração de
biogás a partir dos RSUs do aterro de Gramacho. Os ensaios de geração de gás do RSU
de 5 anos devem ser refeitos.
Departamento de Engenharia Civil
6. Referências Bibliográficas
[1] DE MELO, E. S. R. L. Análise de Biodegradabilidade dos materiais que compõem
os resíduos sólidos urbanos através de ensaios BMP (Biochemichal Methane
Potential). Recife, 2010. 122p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil)
– Universidade Federal de Pernambuco.
[2] RODRIGUEZ, C. et al. Development of an enzymatic assay for the determination
of cellulose bioavailability in municipal solid waste. Biodegradation. v.16 p.415-422.
2005.
[3] LIBÂNIO, P. A. C. Avaliação da eficiência e aplicabilidade de um sistema
integrado de tratamento de resíduos sólidos urbanos e de chorume. Belo Horizonte,
2002. 156p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Saneamento, Meio Ambiente e
Recursos Hídricos) – Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais.
[4] ABREU, T. C. C. Avaliação do transporte do herbicida paraquat em solos do
campo experimental de Bom Jardim, RJ. Rio de Janeiro, 2008. 120p. Dissertação de
Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro.
[5] VIVIANA, T. Influência do método de compactação na permeabilidade de uma
mistura colúvio-composto orgânico. Rio de Janeiro, 2008. 168p. Dissertação de
Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro.
[6] LEITE, H. E. A. S. Estudo do comportamento de aterros de RSU em um
biorreator em escala experimental na cidade de Campina Grande–PB. Campina
Grande, 2008. 210p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil e
Ambiental) – Universidade Federal de Campina Grande.
[7] RIBEIRO, A. G. C. Determinação de parâmetros de resistência de resíduos sólidos
urbanos por meio de retro-análises de testes em laboratório. Viçosa, 2007. 117p.
Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de
Viçosa.
[8] ROCHA, E. F. da Determinação da condutividade hidráulica e da capacidade de
campo de resíduos sólidos urbanos. Viçosa, 2008. 90p. Dissertação de Mestrado
(Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Viçosa.
[9] ALVES, I. R. de F. S. Análise experimental do potencial de geração de biogás em
resíduos sólidos urbanos. Recife, 2008. 118p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em
Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco.
[10] FERNANDES, F.; SILVA, S. M. C. P. da Manual prático para a compostagem de
biossólidos. PROSAB – Programa de Pesquisa em Saneamento Básico. Londrina.
Universidade
Estadual
de
Londrina.
Disponível
em:
<http://www.finep.gov.br/prosab/livros/Livro%20Compostagem.pdf>. Acesso em: junho
de 2012.