VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
III- 011 - ANÁLISES PARA CONTROLE AMBIENTAL DOS GASES
PRODUZIDOS NO ATERRO DE RESÍDUOS SÓLIDOS DE MURIBECA
Felipe Jucá Maciel(1)
Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Pernambuco, mestrando em Geotecnia pela UFPE, Membro do
Grupo de Resíduos Sólidos – GRS.
José Fernando Thomé Jucá
Professor do Depto de Eng. Civil da UFPE; Doutor pela Universidad Politécnica de Madrid; Coordenador do
Grupo de Resíduos Sólidos-GRS-UFPE; Coordenador do Programa de Monitoramento do Aterro da
Muribeca; Coordenador Técnico–Projeto: Diagnóstico de Resíduos Sólidos no Estado de Pernambuco,
Convênio SECTMA/FADE/UFPE/MMA.
Endereço(1): Av. Beira Mar, 1400, Aptº 101, CEP: 54410-001, Piedade, Jaboatão dos Guararapes – PE Brasil, (81) 9108-0013, e-mail: [email protected]
RESUMO
A emissão de gases poluentes em aterros de resíduos sólidos urbanos é uma forma de poluição atmosférica que
precisa ser mais bem investigada. O monitoramento ambiental dos gases nestes aterros é a primeira alternativa
a ser seguida para quantificar a poluição gerada e entender a complexidade da degradação desses resíduos. O
Aterro da Muribeca conta com um monitoramento ambiental dos gases produzidos nas células de lixo desde de
1998. Com o passar dos anos, este monitoramento foi sendo aperfeiçoado e hoje envolve estudos das
concentrações dos gases metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) e oxigênio (O2) na superfície, sub-superfície
e ao longo da profundidade da célula, em associação com os processos de decomposição do lixo. Outros
parâmetros essenciais (pressão, vazão e temperatura dos gases) para a avaliação da degradação do lixo ainda
estão sendo melhor analisados para assim serem inseridos nesta metodologia. Este trabalho tem por objetivo
inicial mostrar resumidamente a metodologia e alguns resultados do monitoramento superficial, subsuperficial e em profundidade realizados na Muribeca. Contudo, a ênfase deste estudo está relacionada ao
monitoramento sub-superficial da célula 2, principalmente no que se refere a nova concepção de análise e
interpretação dos resultados por mapeamento da célula em termos de curvas de isoconcentração.
PALAVRAS – CHAVE: Aterros resíduos urbanos, monitoramento de gases, metodologia, técnicas e
mapeamento célula.
INTRODUÇÃO
Os processos de decomposição da matéria orgânica em aterros de resíduos sólidos urbanos resultam na
geração de gases tóxicos que podem vir a afetar diretamente o meio ambiente. O processo aeróbio de
decomposição se estabelece quando existe a influência das condições climáticas na massa de lixo. Geralmente,
isto ocorre quando o lixo está sendo depositado e ainda não recebeu a camada final de cobertura. O principal
gás gerado neste processo é o dióxido de carbono (CO2). O processo anaeróbio de decomposição dos resíduos
deve prevalecer quando o ambiente interno da célula for essencialmente anaeróbio, ou seja, quando o oxigênio
aprisionado na massa de lixo for totalmente consumido pelas bactérias aeróbias. Para que isto seja alcançado, a
célula deve estar com um excelente sistema de cobertura e drenagem que permita evitar as influências
meteorológicas na decomposição dos resíduos. O metano (CH4) e o dióxido de carbono (CO2) são os
principais gases resultantes da digestão anaeróbia.
A fim de avaliar a duração de cada processo de degradação do lixo e as influências das condições climáticas na
decomposição dos resíduos, um completo monitoramento ambiental do aterro necessita ser empregado
analisando principalmente: recalques, geração de gases e chorume, análises físico-químicas e microbiológicas
associados aos fatores meteorológicos (Monteiro et al. 2002). Dentro deste contexto, este estudo tem como
principal objetivo mostrar as análises de monitoramento ambiental dos gases que vem sendo aplicado ao
Aterro de Resíduos Sólidos da Muribeca. Algumas novidades estão sendo inseridas a este monitoramento,
como a adoção de novos parâmetros de caracterização e uma nova técnica para interpretação dos resultados.
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O monitoramento ambiental dos gases recentemente adotado para o Aterro da Muribeca não apenas facilitará o
entendimento do processo de degradação do lixo e geração de gases, mas será de grande valia para a avaliação
do comportamento geral do aterro. Esta importância está associada às contribuições significativas para análises
de aproveitamento energético dos gases gerados, eficiência do sistema de drenagem e cobertura das células,
tratamento de resíduos adotado, além de possibilitar a avaliação dos possíveis impactos ambientais e as
populações circunvizinhas ao aterro.
Este estudo é parte de um programa de recuperação ambiental iniciado em 1994 que visa transformar o antigo
lixão da Muribeca em um aterro sanitário, através do remanejo e disposição do lixo em 9 células lateralmente
isoladas com aproximadamente 40.000 m2 e altura média em torno de 25m. Hoje, o Aterro Controlado da
Muribeca recebe aproximadamente 3.000 toneladas de lixo diárias provenientes dos municípios de Recife e
Jaboatão dos Guararapes. A composição gravimétrica deste lixo é de cerca de 60 % de matéria orgânica, 15%
de papeis, 8% de plásticos e 2% cada de vidros e metais. Outros materiais como madeira, folhas, solos e
entulho representam 13% do total. A umidade média do lixo recebido é de cerca de 60% em volume. Estas
características gerais do aterro e dos resíduos são de grande valia para o entendimento dos estágios de
degradação do lixo quando associadas a análise final do monitoramento ambiental dos gases.
METODOLOGIA
O monitoramento dos gases no aterro de resíduos sólidos da Muribeca sempre foi uma atividade presente
dentro da implantação do programa de recuperação ambiental do antigo lixão, devido a sua grande importância
sobre os aspectos de poluição atmosférica do aterro. Em princípio, a metodologia de monitoramento consistia
basicamente na realização de medições periódicas de concentração dos gases metano (CH4) e oxigênio (O2),
unicamente no sistema de drenagem de gases. Com o passar do tempo, ficou constatado que a análise de
monitoramento do biogás ficaria mais completa com a realização correlacionada com o segundo principal
componente, o dióxido de carbono (CO2). Com a incorporação do CO2, o monitoramento também foi
estendido para os tubos de inspeção que em conjunção com a drenagem principal perfaziam o monitoramento
sub-superficial dos gases em 16 pontos de investigação em cada célula.
O monitoramento superficial consiste em determinar o comportamento dos gases no sistema de cobertura da
célula. Esta determinação foi obtida com o desenvolvimento de uma placa de fluxo, cujo principal objetivo era
de estimar a liberação dos gases para a atmosfera pela camada de cobertura (Maciel e Jucá et al. 2000). Esta
placa de fluxo é uma câmara fechada e isolada que serve para aprisionar os gases que escapam do solo da
camada final da célula. Desta forma, o processo de leituras das concentrações dos gases com o tempo pode ser
sucedido. Outro parâmetro de destaque neste monitoramento superficial, foi a avaliação da retenção de metano
na camada de cobertura determinado pela diferença da concentração do gás antes de passar pela cobertura
(tubo ensaio-auxiliar) e após sua passagem (placa-fluxo). O esquema mostrado na Figura 1 resume os
principais locais para amostragem sub-superficial (tubo de inspeção e drenagem principal - profundidade de
5m) e superficial dos gases (ensaio placa-fluxo e auxiliar). Figura 2 ilustra a placa de fluxo desenvolvida para
a avaliação superficial.
Tubo de inspeção
(Ensaio SPT)
Drenagem Principal
Ensaio Placa-Fluxo
Tubo Concreto (diâm.variável)
Conexão de saída
100mm
Tubo PVC (100 mm diâmetro)
1,000mm
100mm
50mm
100mm
massa de lixo
massa de lixo
massa de lixo
Tubo ensaio-auxiliar
Tubo plástico flexível
Cap - PVC
Tubo PVC (100 mm diâmetro)
massa de lixo
Figura 1: Locais de amostragem superficial e sub-superficial.
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Figura 2: Foto ilustrando realização do ensaio
da placa de fluxo
A metodologia que vem sendo atualmente utilizada para monitorar os gases gerados no aterro da Muribeca
envolve o tradicional estudo das concentrações dos gases CH4, CO2 e O2 na superfície e sub-superfície da
célula e também no monitoramento em profundidade dos gases. Este monitoramento é realizado no furo de
sondagem do ensaio SPT, medindo-se as concentrações dos gases simultaneamente a realização do furo.
Embora de grande valia para o entendimento dos processos de degradação da matéria orgânica ao longo da
profundidade, este monitoramento só se justifica financeiramente quando os ensaios SPT são necessários para
determinações de outros parâmetros (Jucá et al. 2001). É importante ressaltar também que durante a realização
deste monitoramento, não haja gradiente inverso de pressões no sentido da entrada de ar na massa de lixo pois,
se isto vier a ocorrer, às leituras correspondentes não serão satisfatórias. Portanto, cuidados especiais devem
ser tomados para que estas leituras se tornem confiáveis. Uma maneira de minimizar tal problema é avaliando
as pressões atmosféricas locais durante o a realização do ensaio.
Outros parâmetros, essenciais na avaliação dos processos de geração dos gases, estão em fase de
experimentação para serem incorporados a esta recente metodologia concebida ao aterro. A inclusão de
parâmetros de pressões, temperatura e vazão do biogás no monitoramento também serão realizadas no sistema
de drenagem de gases e tubos de inspeção. Os equipamentos para determinação destes novos parâmetros já
estão sendo testados no Aterro. A figura 3 ilustra o tradicional medidor de concentração de gases e os recentes
medidores de vazão e pressão (sentido esquerda-direita).
Figura 3: Equipamentos utilizados nas novas análises do monitoramento dos gases na Muribeca
A metodologia proposta para o Aterro da Muribeca também permitirá uma melhor interpretação das leituras. A
tradicional técnica de análise, em que a determinação da concentração dos gases para uma célula é
determinada pela média dos 16 pontos de amostragem, foi complementada com uma análise mais abrangente
na tentativa de visualizar as diferenças existentes nas concentrações dos gases ao longo da superfície da célula.
Esta interpretação mais refinada dos dados consiste em monitorar os principais fatores através de métodos de
interpolação, que conseguem desta forma traçar o perfil superficial da célula em relação a cada parâmetro
investigado.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
O programa de recuperação do Aterro da Muribeca consiste na experimentação de quatro das nove células de
lixo do aterro. Os resultados do monitoramento superficial, sub-superficial e em profundidade foram obtidos
para diferentes células do aterro. O monitoramento sub-superficial foi o mais abrangente envolvendo medições
de concentrações dos gases nas células 1, 2 e 3. A avaliação superficial foi apenas realizada na célula 4,
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enquanto que as análises em profundidade foram determinadas para célula 1. Alguns destes resultados já
foram bastante analisados anteriormente por Maciel e Jucá (2000) e Jucá et al. (2001) e não serão aqui
detalhados novamente. Apenas para ilustração destas análises desenvolvidas no monitoramento superficial e
em profundidade, as Figuras 4 e 5 mostram os resultados e o comportamento típico das curvas obtidos para as
célula 1 (lixo com 15 anos) e célula 4 (lixo com 5 anos) da Muribeca.
Concentração (%)
20
40
Concentração (%)
60
0
80
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Profundidade (m)
Profundidade (m)
0
Metano
20
40
60
80
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Oxigênio
Metano
Oxigênio
CO2
Figura 4. Resultados do monitoramento em profundidade na célula 1 (esquerda), comparados com os
resultados obtidos em Salvador (direita).
Comportamento da concentração do CH4
45,0
Concentração CH4 (%)
40,0
35,0
30,0
25,0
Teste 1
20,0
Teste 2
Teste 3
15,0
10,0
5,0
0,0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Tempo (min)
Figura 5. Resultados do monitoramento superficial (placa-fluxo) na célula 4.
Pela análise da Figura 4, pode-se notar que as células não apresentam comportamento de digestão anaeróbia ao
longo de toda sua profundidade. Em geral, existe uma zona superior aeróbia ocasionada pelas influências das
condições meteorológicas. A definição de qual profundidade que esta zona aeróbia atinge irá depender de
fatores, como: eficiência da camada de cobertura, idade ou grau de decomposição dos resíduos e a
permeabilidade do lixo. Esta análise é de grande valia quando estes resultados são correlacionados com os
fatores microbiológicos na interpretação da decomposição dos resíduos com a profundidade.
O monitoramento superficial realizado na célula 4 constatou que existe uma grande fuga de gases,
aproximadamente 86,4 litros/m2/dia, para a atmosfera devido a ineficiência da camada de cobertura (Maciel e
Jucá, 2000). As medições de concentrações de metano (50% em média) também foram úteis para verificar o
estágio de decomposição metanogênico dos resíduos ali confinados, condizendo com a idade dos mesmos.
A importância maior deste estudo está associada ao monitoramento sub-superficial da célula 2, principalmente
nas considerações das técnicas de interpretações dos resultados. A Figura 6 mostra as concentrações médias
dos gases medidas na referida célula para o período de Julho de 99 e Novembro de 2001 através da técnica
tradicional de análise. Como mencionado anteriormente, esta metodologia consiste em avaliar as
concentrações de gases na célula pela média aritmética dos 16 pontos investigados em cada mês. Nota-se que a
concentração de CO2 só foi incorporada à metodologia no 6º mês de 2000. Pela análise desta figura, pode-se
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notar que os valores médios de CH4 e CO2 em torno de 35% e 17% respectivamente, representam um lixo na
fase metanogênica final entrado para fase de maturação do processo de decomposição. Este resultado condiz
com o esperado pelo fato do lixo presente na célula ter entre 10 e 15 anos.
60
Concentração (%)
50
40
30
20
10
CH4
O2
11
/0
0
10
/0
0
09
/0
0
08
/0
0
07
/0
0
06
/0
0
05
/0
0
11
/9
9
10
/9
9
09
/9
9
08
/9
9
07
/9
9
0
CO2
Figura 6. Concentração dos gases com o tempo na Célula 2
A Figura 7 mostra alguns resultados mais recentes das medições de concentrações de CH4 e O2 na referida
célula, de acordo com a mesma análise utilizada anteriormente. O período destas leituras foram de fevereiro à
outubro de 2001. Estas determinações apenas comprovam o comportamento de degradação metanogênica final
da massa de resíduos da célula 2, onde a média de concentração do CH4 baixou para aproximadamente 24%. O
mês de outubro de 2001 marcou o término do monitoramento ambiental dos gases nesta célula em virtude de
seu alteamento para satisfazer a nova concepção de projeto proposta para o Aterro de Muribeca.
60
Conce ntra çã o (%)
50
40
30
20
10
0
fev/01
m ar/01
abr/01
m ai/01
jun/01
CH4
jul/01
ago/01
s et/01
out/01
nov/01
O2
Figura 7. Variação das concentrações de metano e oxigênio na célula 2 (ano 2001).
Com a utilização da análise das mesmas 9 leituras (fevereiro à outubro 2001) por métodos de interpolação, o
resultado do monitoramento fica mais enriquecido. Esta técnica diferencia-se pela média individual das
leituras para cada ponto de amostragem, ao invés da média mensal e global dos resultados. Para o caso
específico da célula 2, foram realizadas nove leituras de concentrações de CH4 e O2, nos 16 pontos de
investigação e com estes dados tirou-se a média individual de cada ponto.
A Figura 8 mostra o resultado da aplicação desta técnica de análise na célula 2. As linhas indicadas na figura
são as linhas de isoconcentração, onde os valores percentuais da concentração dos gases também pode ser
vistos. Esta análise se torna mais satisfatória pelo fato que a célula pode ser dividida em zonas e avaliadas
como um conjunto de micro-regiões. Desta forma, pode-se notar micro-regiões isoladas formadas no entorno
dos pontos P1, P10, P13 e P16 com baixa concentração de metano (menor que 10%) e elevada presença de
oxigênio (maior que 12%). Por outro lado, esta mesma célula apresenta uma região mais abrangente formada
pelos pontos P2 - P3, P6 à P9, P14 - P15 e P17 à P19 com uma taxa de decomposição mais elevada, resultando em
concentrações de metano maiores. Em comparação com a técnica tradicional, que indicou apenas uma média
de 24%, esta técnica se torna bem mais completa para o entendimento do comportamento dos gases no aterro.
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+27
135m
+30
+27
Célula 3
156m
135m
via de acesso
Célula 1
via de acesso
+34
150m
+32
156m
135m
Célula 1
via de acesso
+34
150m
135m
via de acesso
+32
+30
Célula 3
Figura 8: Curvas de isoconcentração de metano (preto) e oxigênio (azul) referentes à Célula 2.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados do monitoramento dos gases obtidos no Aterro da Muribeca estão sendo de grande valia para o
entendimento dos processos de decomposição dos resíduos com o tempo. O monitoramento superficial
conduzido na célula 4 indicou concentrações elevadas de CH4 comprovando a fase metanogênica de
degradação, mas por outro lado detectou um grande escape de gases de 86,4 l/m2/dia para a atmosfera e uma
baixa retenção do CH4 na camada de cobertura (Maciel e Jucá, 2000). O monitoramento dos gases em
profundidade da célula apontou que o comportamento da degradação dos resíduos ao longo da profundidade
pode ser anaeróbio ou aeróbio a depender da eficiência da camada de cobertura e da idade do lixo. Na célula 1,
por exemplo, ficou constatado que existe uma camada superior de 8 –10 m com grande presença de oxigênio,
indicando um certo grau de aerobiose (Monteiro et. al 2002).
O monitoramento sub-superficial na célula 2 em termos das técnicas de interpretação dos resultados foi o
objetivo principal deste trabalho. A análise da célula pela técnica tradicional concluiu que os resíduos ali
confinados apresentam uma baixa taxa de degradação decorrente da baixa média de concentrações do metano
(33%) e dióxido de carbono (17%). As concentrações de CH4 ainda tiveram um decréscimo nas leituras
realizadas posteriormente, atingindo uma média de 24%.
Porém, a avaliação dos resultados pela técnica de interpolação gráfica para a célula 2 foi mais completa
apresentado conclusões não vistas pela análise anterior. Os resultados mostrados na Figura 8 indicaram a
existência de uma região com uma taxa de degradação mais acentuada (CH4 ≈ 30%) e outras com pouca
atividade bacteriana (CH4 < 12%). Esta variação de níveis de degradação na mesma célula é normal em razão
da grande diversidade dos resíduos sólidos urbanos que chegam ao aterro. Devido a este fator, esta nova
concepção se mostra bem mais eficiente pelo fato que a célula pode ser tratada como um conjunto de microregiões. Assim, se uma parte da célula receber algum tipo de lixo com pouca matéria orgânica ou até mesmo
entulho, a micro-região formada será detectada no monitoramento ambiental dos gases. A existência de microregiões circundando os pontos P1 , P10, P13 e P16 na célula 2 podem conter um lixo menos degradável. Outra
possibilidade para a formação destas micro-regiões é a presença de falhas no sistema de cobertura local ou até
mesmo no sistema de drenagem, que não sendo bem dimensionado permitiu a entrada de oxigênio para o
interior da massa de lixo.
Esta forma de avaliação também pode ser bastante útil ao sistema de tratamento de resíduos adotado, pois as
regiões que apresentam baixa taxa de decomposição podem sofrer um acréscimo na recirculação de líquidos
para que as eventuais falhas biológicas sejam compensadas. Pode-se concluir também que o biogás gerado na
Célula 2 não apresenta possibilidade de ser aproveitado para fins energéticos pela baixa concentração de
metano produzida. Este fato será ainda mais agravado, pois esta concentração tenderá a decrescer com o tempo
pela presença de um lixo antigo na célula (10 à 15 anos). Os resultados obtidos até o momento referem-se
apenas ao monitoramento das concentrações dos gases. Os equipamentos que determinarão os parâmetros de
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pressão, temperatura e vazão estão em fase final de experimental em campo e uma vez prontos para serem
utilizados serão extremamente importantes não apenas para a análise final do comportamento da célula 2, mas
também para a extensão desta metodológica para as demais células do Aterro de Muribeca.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
2.
3.
4.
5.
JUCÁ, J.F.T., MACIEL, F.J. Permeabilidade ao gás de um solo compactado não saturado. 4º Congresso
Brasileiro de Geotecnia Ambiental (São José dos Campos/SP), v.1, p. 384-391, dez. 1999.
JUCÁ, J.F.T., FUCALE, S.P., MACIEL, F.J. Monitoramento ambiental dos gases em aterros de resíduos
sólidos. 21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental (João Pessoa/PB), p.237, set. 2001.
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MONTEIRO, V.E.D., MELO, M.C., JUCÁ, J.F.T. Biological degradation analysis in Muribeca Solid
Waste Landfill associated with local climate. Trabalho aprovado para o IV ICEG (Rio de Janeiro/RJ), ago.
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