Fluxo de Gases em Camadas de Cobertura Monolítica em Área de
Talude no Aterro Sanitário de Nova Iguaçu (RJ)
Eduardo Gaiotto Marques da Silva
Haztec Tecnologia e Planejamento Ambiental, Rio de Janeiro, Brasil,
[email protected]
Ana Carolina Eugênio de Oliveira
UERJ, aluna de mestrado
[email protected]
Eduardo Odon Torres
UERJ, aluno PIBIC
[email protected]
Elisabeth Ritter
UERJ, Rio de Janeiro, Brasil , Professor Associado
[email protected]
RESUMO: O trabalho apresenta a avaliação da emissão de biogás, em camadas de cobertura do tipo
monolítica na área de talude no sub-aterro 1 da Central de Tratamento de Resíduos (CTR) Nova
Iguaçu. Foram realizados ensaios de placa de fluxo na área de talude da camadas de cobertura para
medir a composição dos gases e o fluxo existente através da camada. Foram avaliadas duas
situações: com os poços de extração de gás ativos e desligados. Os resultados mostraram a
eficiências do sistema de extração de gás quando ativado, resultando em emissões quase nulas de
metano e gás carbônico.
PALAVRAS-CHAVE: camadas de cobertura, fluxo de gases, metano, talude, camada monolítica,
aterro sanitário
1
INTRODUÇÃO
Muitos problemas ambientais estão ligados a
geração dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU)
que vem crescendo devido ao aumento da
população mundial e da produção per capta de
resíduos. Existe hoje um movimento crescente
de implantação de novos aterros sanitários no
país, principalmente nos municípios de grande
porte (população ≥ 200.000 habitantes).
Contudo, nos municípios de pequeno porte
(população ≤ 30.000 habitantes), que
constituem a maioria dos municípios
brasileiros, a implantação de aterros sanitários é
ainda menos significativa, mantendo-se os
lixões em inúmeras localidades.
De acordo com a Pesquisa Nacional de
Saneamento Básico, realizada em 2008 pelo
IBGE, no Brasil, cerca de 27,7% dos resíduos
são depositados em aterros sanitários. Esse
valor representa um aumento de mais de 10%
nesse tipo de destinação em relação ao valor
encontrado no ano de 2000.
Segundo os dados da Associação Brasileira de
Empresas de Limpeza Pública e Resíduos
Especiais de 2010 (ABRELPE) houve uma
discreta evolução na destinação final adequada
dos RSU no ano de 2010, em comparação ao
ano de 2009. No entanto, a quantidade de RSU
destinados inadequadamente cresceu e quase 23
milhões de toneladas de RSU seguiram para
lixões ou aterros controlados, trazendo
consideráveis danos ao meio ambiente
(ABRELPE , 2010).
A Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei
o
n . 12.305/10 regulamentada pelo Decreto no
7.404/10) estipula a erradicação dos antigos
vazadouros e lixões e dá impulso ao
recebimento de resíduos nos aterros sanitários.
Dentre os diversos gases gerados pelos RSU em
aterros sanitários, o de maior destaque é o gás
metano (CH4), não somente pela quantidade
deste gás que é produzida, mas também pela sua
capacidade de retenção de calor, maior do que a
do gás carbônico (CO2). Ao longo dos últimos
anos, a produção e concentração de Gases de
Efeito Estufa (GEE) vêm aumentando
significativamente,
principalmente
pelas
atividades humanas no setor industrial, na
produção e consumo de energia, transportes e
geração de eletricidade. O aumento da
concentração de gases de efeito estufa, como o
dióxido de carbono (CO2), Metano (CH4) e, em
menor escala, o óxido nitroso N2O e os
halocarbonos (HFC) provocam a retenção de
calor na atmosfera, impedindo que a radiação
solar próxima à superfície terrestre seja liberada
de volta ao espaço (BAIRD, 2011)
Devido a grande heterogeneidade dos RSU,
há uma grande incerteza ligada com o
espaçamento dos poços de captação do biogás e
a eficiência de captação dos sistemas de
extração ativa do biogás nos aterros sanitários.
Adicionalmente a possibilidade de emissão
fugitiva de gás através dos taludes do aterro
também pode ocorrer. A falta de informações
desta natureza com parâmetros representativos e
confiáveis acaba gerando práticas de concepção
de projetos de aterros não eficazes.
Assim o correto conhecimento das emissões
fugitivas em aterros que possuem um sistema
ativo de captação do biogás é fundamental para
evitar o agravamento deste problema. O estudo
de gases permite ainda avaliar os riscos
ambientais que ocorrem pela advecção através
das camadas de cobertura, além de caracterizar
adequadamente
as
possibilidades
de
aproveitamento energético do aterro (Scheutz et
al, 2003).
Uma pesquisa com o objetivo de avaliar as
emissões de biogás em camada de cobertura do
tipo monolítica e barreira capilar, esta
especialmente construída no sub-aterro 1 da
Central de Tratamento de Resíduos (CTR) Nova
Iguaçu (RJ) foi realizada foi realizada por Silva,
2011. Para isso, foram realizadas medições das
composições dos gases (metano, dióxido de
carbono e oxigênio) e também estimadas as
vazões volumétricas de gases que atingem a
atmosfera através da camada de cobertura.
Este trabalho irá apresentar as medições
realizadas em área de talude do sub-aterro 1 e
compará-los com as medidas efetuadas na
camada monolítica e barreira capilar.
2
MATERIAIS E MÉTODOS
A CTR Nova Iguaçu está situada no distrito de
Vila da Cava, Município de Nova Iguaçu
localizado na Baixada Fluminense, a cerca de
10 km do centro urbano da cidade, com acesso
pela Rodovia Presidente Dutra Km, 180 no
sentido Rio – São Paulo. A CTR tem 4 SubAterros e opera desde 2003. O Sub-Aterro 1
(Figura 1) , o mais antigo, está inserido numa
área de 12 ha, e possui um total de cerca de 3
milhões de toneladas de resíduos de diferentes
origens depositados até o mês de agosto de
2010.
Os resultados apresentados neste trabalho se
referem a um ponto selecionado neste SubAterro, denominado CM-TAL, conforme
ilustrado na figura 2. A escolha desse ponto
levou em conta a seleção de uma área que não
sofreria impacto devido a operação de
recebimento de resíduos do aterro, bem como
qualquer movimentação de caminhões e
equipamentos pesados. O ponto CM-TAL é
onde já existia uma Camada Monolítica de
cobertura do aterro.
Figura 1. Localização do Sub-Aterro 1
2.1 Materiais
O
local
CM-TAL
está
localizado
estrategicamente na área frontal do aterro, na
cota 67 que apresenta aproximadamente 40
metros de lixos já dispostos. A Placa de fluxo
foi posicionada em uma berma de 4 metros de
largura, onde o talude superior e inferior tem 5
metros de altura e estão dispostos com
inclinação de 2V (vertical) e 1 H (horizontal) no
chamado “bolo de noiva”. Esse local é propício
a fuga de gases e por isso neste ponto foram
realizadas medições das emissões fugitivas de
gases pela camada de cobertura . O CM-TAL se
encontra nas coordenadas 22º40’15.85”S e
43º28”40.30”O a uma distancia de 20 metros de
um PDR com extração de biogás, e também a
uma distancia de 20 metros de um poço vertical
de extração do biogás (Figura 2). Na região de
instalação das camadas estudadas foi retirada
uma amostra para caracterização do solo de
cobertura.
As medições de gases que atravessam a camada
de cobertura e atingem a atmosfera foram
realizadas com a metodologia da placa de fluxo,
semelhante à descrita por Maciel (2003). Tratase de uma placa estática onde ocorre a captação
dos gases para o interior da mesma. As
dimensões propostas para a placa (área de base
igual a 0,16 m2 e 8L de volume) estão dentro
dos valores encontrados na literatura. A placa
foi construída lateralmente com chapas de aço,
e acrílico na parte superior. Para evitar perda de
gases na interface entre placa de acrílico e chapa
de aço, foi colocada uma espuma de poliuretano
de alta densidade e silicone em todas as
conexões. A placa e o detalhe dos conectores de
engate rápido para as leituras com o analisador
de gases são apresentados nas figura 3 e 4.
Figura 3. Detalhe dos conectores da Placa de fluxo
Figura 2. Locação dos pontos de medição no sub-aterro 1
2.1.1 Camada Monolítica
A camada monolítica estudada é exatamente a
mesma camada de cobertura final do aterro,
localizada no platô superior do sub-aterro 1,
onde a camada de cobertura apresenta 80
centímetros de espessura do solo local, abrange
uma área de 1.200 m2, e tem inclinação de 2%
da montante para a jusante.
2.2
Metodologia
Figura 4. Placa de fluxo e analisador de gás utilizados
Inicialmente, a placa de fluxo é disposta no
local de realização do ensaio para a marcação
do perímetro no solo da camada de cobertura.
Posteriormente, retira-se a placa e uma
escavação manual é feita deixando uma folga
lateral para a entrada da placa verticalmente.
Realizada a cava, é adicionada bentonita
granular para garantir a não entrada de ar
atmosférico e também a saída do gás da placa
de fluxo. Depois a placa de fluxo é inserida no
local, conforme apresentado na figura 5.
Figura 5. Placa de fluxo montada sobre o solo de
cobertura
As leituras começavam após a cravação da
placa no solo. As leituras no analisador GEM
2000 do fabricante LANDTEC (vide figura 4)
dos gases CH4, CO2 e O2 e pressão barométrica
foram efetuadas com um intervalo máximo
entre as leituras de 10 minutos. Em seus ensaios
Maciel (2003) utilizou o tempo de 25 minutos e
Bogner e Spokas,1993 sugerem intervalos de 20
a 40 minutos.
3
RESULTADOS OBTIDOS
Unificado, com LL de 49,8% e não plástico e
densidade dos grãos de 26,67 kN/m3. O ensaio
de compactação com energia Proctor Normal
indicou umidade ótima de 21,8% e densidade
seca máxima de 15,92 kN/m3.
3.1 Medições de biogás na
Monolítica do Talude (CM-TAL)
Camada
As medições das emissões fugitivas de biogás
na área do talude estão apresentadas na figura 6.
Foram realizadas 3 seqüências de medições nas
seguintes datas: seqüência 1 em 07 de outubro
de 2010, seqüência 2 em 21 de outubro de 2010
e seqüência 3 em 18 de novembro de 2010 . As
seqüências 1, 2 e 3 ilustram a montagem da
placa de fluxo sobre a camada de cobertura,
com o poço de biogás de extração ativa e
também o PDR ligados. Estão apresentadas as
medições de pressão barométrica, metano, gás
carbônico e oxigênio.
Comparando as seqüências 1 , 2 e 3 nota-se
que, em geral, não ocorre qualquer modificação
significativa das composições dos gases
metano, dióxido de carbono e oxigênio.
Verifica-se somente na sequência 3 que com
uma queda da pressão barométrica ocorre um
aumento de oxigênio. Observa-se ainda que a
concentração de metano é praticamente nula em
todas as sequências de medição, mostrando a
eficiência do sistema de extração de gás quando
ligado.
O solo da camada de cobertura é uma areia
silto-argilosa, SM-SC, segundo o Sistema
Figura 6. Resultados das medições de emissões fugitivas no Local CM-TAL e poço de extração de biogás ligado.
A figura 7 mostra as emissões fugitivas dos
gases no talude, considerando que a placa de
fluxo foi instalada sobre a superfície e o poço
ativo de extração do biogás estava desligado. As
medições apresentadas na seqüência 4 foram
realizadas em 11 de novembro de 2010, depois
de passados 284 minutos. A composição do gás
metano, na seqüência 4, foi estabilizada com
concentrações de 35%, enquanto a composição
do dióxido de carbono se manteve em 25% e as
concentrações de oxigênio foram praticamente
0%. A relação das variações ocorridas com a
pressão atmosférica e as medições de emissões
fugitivas não é muito clara.
Comparando-se esses resultados do talude
com as medidas obtidas na camada monolítica
existente no platô superior em área próxima,
com o sistema de extração desligado (Silva,
2011 e Silva e Ritter, 2011), observou-se que as
medições de gás metano apresentaram valores
entre 35% e 40%, portanto valores próximos
aos do talude. A composição do dióxido de
carbono apresentou valores de 30% a 35%,
portanto superiores aos do talude, enquanto que
o nível de oxigênio se manteve igualmente
estabilizado em 0%.
Por outro lado, confrontando com as
medições na camada de cobertura do tipo
barreira capilar, foram encontrados resultados
para emissões de gás metano e dióxido de
carbono respectivamente de 19% e 20%,
portanto menores do que os valores medidos no
talude.
Figura 7. Resultados das medições de emissões fugitivas no Local CM-TAL e poço de extração de biogás desligado.
A figura 8 apresenta o fluxo de gases
através da camada de cobertura no talude nas
medições da sequência 4. Os valores de fluxo
do gás metano se destacaram muito em relação
aos outros gases. Ocorreu um crescimento até
estabilizar em 250 minutos de medição, com
valores próximos a 10 ml/min*m2 de fluxo de
gás metano, enquanto o fluxo de dióxido de
carbono estabilizou em 3 ml/min*m2.
A figura 9 apresenta uma comparação das
medições de fluxo de metano efetuadas através
da camada monolítica existente no talude do
talude (CM_TAL) com a camada monolítica
(CM), com a barreira capilar (BC) e outra
medida não apresentada neste artigo através da
camada monolítica existente sobre um dreno
horizontal de gás instalado em outro ponoto do
sub-aterro 1 (ver Silva, 2011). Verifica-se que
o menor fluxo de gás ocorreu através da barreira
capilar, enquanto que o fluxo através do talude
é quase o dobro desse valor, mas ainda inferior
ao fluxos medidos na camada monolítica
situada sobre o dreno horizontal e no platô
superior.
Fluxo dos Gases (ml / mim* m2)
Fluxo dosGases - Local CM-TAL - Poço Desligado
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
0
9
19
29
39
49
59
69
79
89
214
224
234
244
254
264
274
284
Tempo (mim)
Fluxo CH4 (ml/ Min* m2)
Fluxo CO2 (ml/ Min* m2)
Fluxo O2 - (ml/ Min* m2)
Figura 8. Medições de fluxo de gases no local 4 e poço de extração de biogás desligado
Comparação das Mediçõesdos Fluxos de Metano
Fluxo de CH4 (ml/ Min* m2)
15,00
13,00
11,00
9,00
7,00
5,00
3,00
1,00
-1,00
0
11
21
31
41
53
63
73
84
94 105 115 125 126 283 294 304 314 324 334 344
Tempo (minutos)
Fluxo CH4 no Local BC
Fluxo CH4 no Local CM
Fluxo CH4 no Local CM-DH
Fluxo CH4 no Local CM-TAL
Figura 9. Comparação das Medições de fluxo de metano com poço de extração de biogás desligado
4
CONCLUSÕES
A Placa de fluxo pode ser usada como
instrumento de acompanhamento nos projetos
de extração ativa de gás, de forma a indicar
locais com maior emissão fugitiva de gases e
propiciar eventuais correções no projeto,
como
instalações
de
novos
poços,
rebaixamento do nível piezométrico de poços
de gás, espaçamento ideal para poços de gás.
Os resultados apresentados mostraram a
eficiência do sistema ativo de extração de gás
para impedir as emissões de gases fugitivos
pelo tipo de camada de cobertura monitorado
no Aterro da CTR Nova Iguaçu. A análise de
resultados
mostrou
a
inexistência
praticamente de emissões fugitivas de metano
quando os poços de biogás estavam ligados.
Foi somente possível identificar as
emissões fugitivas dos gases quando os poços
ativos de extração estavam desligados. Os
valores encontrados na camada monolítica da
área do talude para as composições do gás
metano foram entre 35% e 40%, e para o
dióxido de carbono quase 25%, enquanto que
para
o oxigênio foi praticamente nula.
Comparando esses resultados do talude com
os valores de fluxo encontrados na camada de
cobertura do tipo monolítica verifica-se que o
fluxo através do talude é menor. No entanto, a
barreira capilar é a mais eficiente nas
medições realizadas como barreira para as
emissões fugitivas.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a FAPERJ e CAPES
pelos financiamentos concedidos e à Haztec
Tecnologia e Planejamento Ambiental pela
disponibilização da área e apoio logístico e de
equipamentos durante os experimentos.
REFERÊNCIAS
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Brasil. 2010. 202 p. São Paulo. Disponível em:
<http://www.abrelpe.org.br/panorama_2010.p
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Lopes, R. L.; Alves, M.C.M; Maciel, F.J; Jucá,
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http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/popul
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landfill cover soils. Environmental Science
and Technology, 37, pp. 5143-5149.
Silva, E.G.M. (2011) Estudo Experimental de
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Mestrado, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Ambiental, Universidade do
Estado do Rio de Janeiro, 109 p.
Silva , E.G.M e Ritter, E (2011) Fluxo de Gases
em Camadas de Cobertura Monolítica e
Barreira Capilar no Aterro Sanitário de Nova
Iguaçu (RJ) VII Congresso Brasileiro de
Geotecnia Ambiental e VI Simpósio Brasileiro
de Geossintéticos, Belo Horizonte, cd-rom.