i ESTUDO DE GASES EM ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS ...

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ESTUDO DE GASES EM ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

Luiz Fernandes de Brito Filho

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÂO DOS

PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM

ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

OUTUBRO DE 2005

Prof. Cláudio Fernando Mahler, D.Sc.

Prof. Márcio de Souza Soares de Almeida, Ph.D.

Prof. Marcelo Martins Werneck, Ph.D.

Prof. João Vicente de Assunção, D.Sc.

Prof. Maurício Ehrlich, D.SC.

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FILHO, LUIZ FERNANDES DE BRITO

Estudo de Gases em Aterros de

Resíduos Sólidos Urbanos [Rio de

Janeiro]2005

XV, 222 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ,

M.Sc., Engenharia Civil, 2005)

Dissertação – Universidade Federal

do Rio de Janeiro, COPPE

1. Resíduos Sólidos

2. Gás de Aterro

3. Estudo de Casos

I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

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DEDICATÓRIA

Esta tese é dedicada ao Deus Eterno pela sua ajuda,

direção e provisão. Assim diz a Palavra de Deus: “...,

porque sem mim nada podereis fazer” (João 15:5).

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AGRADECIMENTOS

Agradeço á Deus por conceder esta grande benção em minha vida.

Agradeço aos meus pais e meu irmão por me apoiarem neste trabalho.

Agradeço ao meu orientador e Prof. Cláudio Fernando Mahler, pela

sua orientação e ajuda nesta dissertação.

As colegas mestrandas Juliana Rose e Silvia M. Pereira pelo apoio e

ajuda na revisão deste trabalho.

A Engenheira Adriana Felipeto e a toda equipe da S.A. Paulista que

deram apoio e acompanhamento nos trabalhos de campo.

Aos funcionários do aterro Terra Brava que puderam me acompanhar

nos trabalhos de campo.

Aos funcionários Max G. de Souza e Luiz C. de Oliveira do

Laboratório de Geotecnia da COPPE-UFRJ que ajudaram nas coletas e

ensaios de laboratório.

Ao Laboratorista Ayr que ajudou na realização dos ensaios

cromatográficos.

Ao colega doutorando Silvio da EMBRAPA que ajudou nos ensaios de

Laboratório.

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Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

necessários para obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

ESTUDO DE GASES EM ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS


Outubro/2005

Orientador: Cláudio Fernando Mahler

Programa: Engenharia Civil

Este trabalho desenvolve um estudo de gás em dois aterros, um sanitário e um

controlado, por meio de análises cromatográficas e equipamentos de medidas in situ de

gás e temperaturas, comparando os resultados obtidos em campo e laboratório. Os dois

aterros estão localizados próximos ao município do Rio de Janeiro, com condições

construtivas, operacionais e geotécnicas bastante diferentes.

Além disso, são utilizados dois modelos estimativos de produção de biogás ou gás

de aterro. Com o auxílio destes modelos desenvolveu-se ainda uma avaliação

preliminar do potencial de geração do biogás produzido nestes dois aterros.

A importância do assunto reside no fato que, há uma pressão crescente da

sociedade na busca de soluções ambientalmente adequadas na disposição final dos

resíduos e com as receitas previstas oriundas do biogás dos aterros espera-se o rápido

desenvolvimento da atividade de construção de aterros sanitários adequados e

recuperação de lixões e aterros controlados no país, alterando a situação atual, onde

somente algumas grandes cidades possuem este equipamento urbano fundamental para a

qualidade do meio ambiente e da saúde humana.

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Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

LANDFILL GAS STUDY. CASE: NOVA IGUAÇU AND TERRA BRAVA


October/2005

Advisor: Claudio Fernando Mahler

Department: Civil Engineering

This work is a study of the gas produced in two types of landfill: sanitary and non

sanitary.

Gas was collected for analysis from two landfills located near the city of Rio de

Janeiro. Their construction and cover materials are very different.

Measurements were taken in situ, using portable automated equipment, and in the

laboratory, using chromatographic equipment. The investigation analysed the emissions

of methane and CO2. The cover soils were also studied to see if the cover materials

affected the degradation process of the waste in relation to oxygenation and rainfall. A

slow increase in the production of methane was observed after the rainfall, particularly

in the Terra Brava landfill where the soil cover is much more permeable than in the

Nova Iguaçu landfill. Two mathematical models were used to estimate the landfill gas

production. A preliminary evaluation of the potential landfill gas was carried out.

The importance of the research area is related to increasing societal pressure to

produce environmentally friendly solutions for the disposal of waste and the financial

benefit of controlling landfill gas, especially the methane.

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SUMÁRIO

I – INTRODUÇÃO......................................................................................................... 1

1.1 – OBJETIVO DESTE TRABALHO................................................................................. 2 1.2 – AS HIPÓTESES DESTE TRABALHO.......................................................................... 2

II – HISTÓRICO DOS GASES..................................................................................... 4

2.1-HISTÓRICO DOS GASES RELACIONADO À DEGRADAÇÃO BIOLÓGICA DOS RESÍDUOS

SÓLIDOS ........................................................................................................................ 4 2.1.1 - PRINCÍPIO DE BARKER ..................................................................................... 5 2.1.2 - OS POSTULADOS DE ELIASSEN ........................................................................ 6 2.1.3 - A ROTA DE MCCARTY ..................................................................................... 7 2.1.4 - A ANALOGIA DE LIMA .................................................................................... 10 2.1.5 – EVOLUÇÃO DOS MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS PROVENIENTES DA

DECOMPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS: ................................................................... 12

III – METODOLOGIA E MATERIAIS .................................................................... 16

3.2 – METODOLOGIA E MATERIAIS .............................................................................. 16 3.2.1 - ESTUDO DE CAMPO........................................................................................... 16 3.2.2 – ESTUDO LABORATORIAL.................................................................................. 21 3.2.3 – 3ª ETAPA: COLETA E ENSAIOS DO SOLO DE COBERTURA ............................... 22 3.2.3.1 - MATERIAL PARA COLETA DE SOLO................................................................. 22 3.2.3.2 - QUANTO À COLETA DE SOLO DE COBERTURA ................................................. 22 3.2.3.3 - ENSAIOS DO SOLO ......................................................................................... 23

IV – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................ 26

4.1. A RELEVÂNCIA DA QUESTÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS......................................... 26 4.2 - DEFINIÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS .................................................................... 27 4.3 – CLASSIFICAÇÃO DO LIXO .................................................................................... 28 4.4 – CONHECIMENTO DO LIXO MUNICIPAL ................................................................ 30 4.5 - COMPOSIÇÃO DO LIXO......................................................................................... 32 4.6 – TRATAMENTO E DISPOSIÇÃO FINAL DO LIXO...................................................... 36 4.6.1 - COMPACTAÇÃO ................................................................................................ 37 4.6.2 - TRITURAÇÃO .................................................................................................... 38 4.6.3 - INCINERAÇÃO ................................................................................................... 38 4.6.4 - COMPOSTAGEM ................................................................................................ 38 4.6.5 - RECICLAGEM .................................................................................................... 38 4.6.6 - LIXÃO ............................................................................................................... 39 4.6.7 - ATERRO CONTROLADO ..................................................................................... 40 4.6.8 - ATERRO SANITÁRIO.......................................................................................... 41 4.6.8.1 - TRATAMENTO POR DIGESTÃO ANAERÓBIA ......................................................... 43 4.6.8.2 - TRATAMENTO POR DIGESTÃO AERÓBIA ............................................................. 43 4.6.8.3 – TRATAMENTO BIOLÓGICO ............................................................................... 44 4.6.8.4 – TRATAMENTO POR DIGESTÃO SEMI-ANAERÓBIA ................................................ 44 4.7 – ATERRAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ............................................ 45 4.8 – DENSIDADE DOS RESÍDUOS E PRODUÇÃO DE GÁS............................................... 48 4.9 – DRENAGEM DE BIOGÁS E PERCOLADO DA MASSA DE LIXO ................................ 49

V - GÁS DE ATERRO (LANDFILL GÁS): .............................................................. 52

5.1 – COMPOSIÇÃO, CARACTERÍSTICA E EXPLOSIVIDADE DO GÁS DE ATERRO ........... 52 5.1.1 - CONSTITUINTES PRINCIPAIS DO GÁS DE ATERRO ............................................... 52

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5.1.2 - CONSTITUINTES DO GÁS DE ATERRO EM QUANTIDADES TRAÇADAS .................. 54 5.1.3 - COMPARAÇÃO COM OUTROS GASES .................................................................. 55 5.1.4 - EXPLOSIVIDADE DOS GASES ............................................................................. 56 5.1.4.1 - LIMITES DE EXPLOSIVIDADE INFERIOR E SUPERIOR (LEL E UEL)................. 58 5.1.4.2 - EXPLOSÕES DE GÁS DE ATERRO ..................................................................... 59 5.1.4.3 - FAIXAS DE GASES QUE PODEM CAUSAR PERIGO DE EXPLOSÃO ....................... 60 5.1.4.4 - AVALIAÇÃO DE PERIGO DE EXPLOSÃO CAUSADO POR UM ATERRO ................. 61 5.2 - GERAÇÃO DE GÁS (LANDFILL GAS) E FATORES DE GERAÇÃO .............................. 62 5.2.1 - FATORES QUE AFETAM A GERAÇÃO DE GÁS ..................................................... 67 5.2.2 - A DECOMPOSIÇÃO BIOLÓGICA E FASES DE PRODUÇÃO DE GÁS ....................... 69 5.3 – IMPORTÂNCIA DA MODELAGEM E MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS .................. 76 5.3.1-IMPORTÂNCIA DA MODELAGEM DA GERAÇÃO DE LFG E DA AVALIAÇÃO DO

POTENCIAL DE RECURSO LFG COMBUSTÍVEL ............................................................. 76 5.3.2 - O MODELO SCHOOL CANYON E OUTROS MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS....... 78 5.3.2.1 - OUTROS MODELOS DE PRODUÇÃO DE GÁS.................................................... 83 5.4 - MOVIMENTO DOS GASES EM ATERROS .............................................................. 106 5.4.1 - MOVIMENTO DOS PRINCIPAIS GASES DE ATERRO ............................................ 109 5.4.3 - MIGRAÇÃO DESCENDENTE DO GÁS DE ATERRO............................................... 110 5.4.4 - FATORES QUE AFETAM A MIGRAÇÃO DO GÁS .................................................. 111 5.4.5 - MOVIMENTO DE OLIGOGASES ......................................................................... 113 5.5 - CONTROLE PASSIVO DOS GASES DE ATERRO..................................................... 116 5.5.1 - VENTILAÇÃO PARA REBAIXAR A PRESSÃO/QUEIMADORES NA COBERTURA DO

ATERRO ..................................................................................................................... 117 5.5.2 - VALAS PERIMETRAIS DE INTERCEPTAÇÃO....................................................... 118 5.5.2.1 - VALA PERIMÉTRICA TIPO BARREIRA ............................................................ 118 5.5.3 - BARREIRAS IMPERMEÁVEIS DENTRO DOS ATERROS ........................................ 121 5.5.4 - USO DE BARREIRAS ABSORVENTES PARA OLIGOGASES DENTRO DO ATERRO ... 121 5.5.5 - CONTROLE ATIVO DE GASES DE ATERRO COM INSTALAÇÕES PERIMÉTRICAS 121 5.6 - TÉCNICAS UTILIZADAS EM MONITORAMENTO DE GÁS METANO ....................... 126 5.6.1. ESTUDOS COMPARATIVOS DE TÉCNICAS UTILIZADAS EM MEDIÇÕES DE METANO

.................................................................................................................................. 128 5.7 - OXIDAÇÃO DE METANO..................................................................................... 129 5.7.1. BACTÉRIAS OXIDADORAS DE METANO ............................................................. 129 5.7.2. O SIGNIFICADO DA OXIDAÇÃO DE METANO EM ATERROS CONTROLADOS ......... 130 5.8 - GESTÃO DO GÁS DE ATERRO ............................................................................. 131 5.8.1 - INCINERAÇÃO DOS GASES DE ATERRO............................................................. 131 5.8.2 - SISTEMAS PARA RECUPERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DO GÁS DE ATERRO .... 132 5.8.3 - PURIFICAÇÃO E RECUPERAÇÃO DO GÁS .......................................................... 134 5.9 - LFG (LANDFILL GÁS) APLICAÇÕES, ECONOMIAS E UTILIZAÇÃO ...................... 134 5.9.1 - AS ECONOMIAS DE CONTROLE E UTILIZAÇÃO DO GÁS DE ATERRO................... 135 5.9.1.1 - VANTAGENS DE RECUPERAÇÃO DE ENERGIA DO LFG................................. 135 5.9.1.2 - ECONOMIAS DE CONVERSÃO DO LFG EM ENERGIA ..................................... 135 5.9.1.3 - ECONOMIAS DE GERAÇÃO ELÉTRICA........................................................... 138

VI – ESTUDO DE CASO........................................................................................... 140

6.1 - CENTRAL DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS DE ADRIANÓPOLIS ........................... 140 6.1.1 - QUANTIDADE DE RESÍDUO GERADA ............................................................... 142 6.1.2 - CARACTERIZAÇÃO DO ATERRO SANITÁRIO.................................................... 143 6.1.3 - CANALIZAÇÃO DAS NASCENTES D'ÁGUA EXISTENTES NA ÁREA DO ATERRO . 144 6.1.4 - TRATAMENTO E IMPERMEABILIZAÇÃO DE FUNDAÇÃO ................................... 145

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6.1.5 - DISPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS ............................................................................ 147 6.1.6 - SISTEMA DE DRENAGEM DE PERCOLADOS E GASES........................................ 149 6.1.7 - SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS.............................................. 150 6.1.8 - INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE E MONITORAMENTO ................................. 150 6.1.9 - APROVEITAMENTO DO BIOGÁS ....................................................................... 151 6.2. ATERRO CONTROLADO TERRA BRAVA ............................................................... 151 6.2.1 – SISTEMA DE COLETA DE GASES E PERCOLADOS............................................. 152 6.2.2 – RECUPERAÇÃO DO BIOGÁS ............................................................................ 153 6.3 - PRODUÇÃO DE GASES NOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA

RELACIONADOS AO PROCESSO DE DECOMPOSIÇÃO BIOLÓGICA OU DIGESTÃO

ANAERÓBIA ............................................................................................................... 153

VII - APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES......................... 157

7.1 - GRANULOMETRIA DO SOLO DE COBERTURA DO ATERRO TERRA BRAVA .......... 157 ESTE SOLO É DE GRANULAÇÃO GROSSEIRA, POIS SEUS PERCENTUAIS DE FINOS SÃO

MENORES QUE 50%.................................................................................................... 159 7.2 – CARACTERIZAÇÃO DA CURVA DE RETENÇÃO DE UMIDADE DO ATERRO TERRA

BRAVA....................................................................................................................... 160 7.3 – RESULTADOS DOS ENSAIOS DA CAMADA DE COBERTURA DO ATERRO NOVA

IGUAÇU...................................................................................................................... 161 7.3.1 – GRANULOMETRIA DO SOLO DE COBERTURA ................................................... 161 7.3.2 – COMPACTAÇÃO DO SOLO DE COBERTURA ...................................................... 162 7.3.2.1 – ENSAIOS CBR/ ISC (ÍNDICE SUPORTE CALIFÓRNIA) .................................. 165 7.3.3 – PERMEABILIDADE DO SOLO DE COBERTURA ................................................... 165 7.5 - APLICAÇÃO DOS MODELOS SCHOOL CANYON E LIMA:......................................... 166 7.5.1 – RESULTADOS OBTIDOS COM OS MODELOS SCHOOL CANYON E LIMA .............. 168 7.6 – GRÁFICOS ......................................................................................................... 173 7.6.1 - EXPLOSIVIDADE DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA .................... 173 7.6.2 – GÁS METANO (CH4) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA ............. 174 7.6.3 – GÁS DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA

BRAVA....................................................................................................................... 175 7.6.4 – OXIGÊNIO (O2) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA ..................... 176 7.6.5 – GÁS SULFÍDRICO (H2S) DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA......... 177 7.6.6 – TEMPERATURAS DOS GASES DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA. 178 7.6.7 – CROMATOGRAFIA CH4 E CO2 DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA179 7.7 - ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS RESULTADOS DA CROMATOGRAFIA DOS GASES CO2 E

CH4 DOS ATERROS NOVA IGUAÇU E TERRA BRAVA.................................................. 181 7.7.1 - DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DO ATERRO NOVA IGUAÇU.............................. 182 7.7.2 - METANO (CH4) DO ATERRO NOVA IGUAÇU ................................................... 183 7.7.3 – DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) DO ATERRO TERRA BRAVA............................. 184 7.7.4 – METANO (CH4) DO ATERRO TERRA BRAVA .................................................. 185 7.7.5 – ANÁLISE DOS RESULTADOS ........................................................................... 186 7.8 - DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ........................................................................... 186 7.8.1 – MODELOS SHOOL CANYON E LIMA................................................................ 186 7.8.2 - EXPLOSIVIDADE.............................................................................................. 187 7.8.3 - METANO ......................................................................................................... 187 7.8.4 - DIÓXIDO DE CARBONO ................................................................................... 187 7.8.5 - OXIGÊNIO ....................................................................................................... 188 7.8.6 - SULFETO DE HIDROGÊNIO............................................................................... 188 7.8.7 - TEMPERATURA ............................................................................................... 189

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7.9 - OBSERVAÇÕES FINAIS PARCIAIS........................................................................ 190

VIII - CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA NOVAS PESQUISAS................. 191

8.1 – CONCLUSÃO...................................................................................................... 191 8.2 – PROPOSTAS PARA NOVAS PESQUISAS ............................................................... 192

IX - COMENTÁRIOS FINAIS ................................................................................. 193

X – REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA................................................................... 195

ANEXO A.....................................................................................................................204

ANEXO B.....................................................................................................................213

ANEXO C.....................................................................................................................218

ANEXO D.....................................................................................................................221

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1.a – Princípio de duas fases – Barker ...................................................... 6 Figura 2.1.b – Rotas de transformação da matéria orgânica ................................... 7 Figura 2.1.c - Analogia ao trato digestivo dos ruminantes (LIMA, 2002)............ 11 Figura 2.1.d - Modelo de produção de biogás em aterros sanitários..................... 13 Fonte: Rees, 1980 in Castilhos Jr. et al., 2003....................................................... 13 Figura 2.1.e - Modelo de evolução dos gases em aterros sanitários...................... 13 Fonte: Stanforth et al., 1979 in Castilhos Jr. et al. 2003........................................ 14 Figura 2.1.f - Modelo teórico de degradação dos resíduos em aterros sanitários . 14 Figura 3.1 – Diagrama de Monitoramento ............................................................ 16 Figura 3.2 – Medidor de Gases ............................................................................. 18 Figura 3.3 – Medidor de Temperatura................................................................... 19 Figura 3.4 – Seringa Coletora................................................................................ 20 Figura 3.5 – Sistema cromatográfico para cromatografia ..................................... 21 Figura 3.6 – Cravação do Cilindro no solo............................................................ 23 Figura 3.7 – Aparelho extrator de Richards .......................................................... 25 Figura 4.1 - Composição percentual média de lixo domiciliar em alguns países. 33 Figura 4.2 – Geração anual e formas de gerenciamento de resíduos em alguns países desenvolvidos (dados em milhões de t/ano) ................................................ 34 Figura 4.3 – Composição percentual média de lixo domiciliar............................. 35 Figura 4.4 – Destinação final do lixo no Brasil..................................................... 36 Figura 4.5 - Vazadouro ou Lixão .......................................................................... 40 Figura 4.6 – Detalhes de um aterro sanitário......................................................... 42 Figura 4.7 – Processos empregados no tratamento de resíduos sólidos ................ 42 Figura 4.8.a – Método de Trincheira..................................................................... 46 Figura 4.8.b – Método de Rampa.......................................................................... 47 Figura 4.8.c – Método de Área.............................................................................. 47 Figura 4.9 – Dreno de Gás do Aterro de Nova Iguaçu.......................................... 50 Figura 5.1.1 – Triângulo do Fogo.......................................................................... 56 Figura 5.1.2 – Exibição de Caminhos Potenciais do Gás de Aterro...................... 58 Figura 5.2.a - CARACTERIZAÇÃO PRELIMINAR DO LFG LOCAL............. 65 Figura 5.2.b – Fases de geração de gases variando com o tempo......................... 71 Figura 5.2.c – Fases geradas na geração de gases de aterro (modificado por Kreith, 1994)....................................................................................................................... 73 Figura 5.3.a – Aterro de Adrianópolis em Nova Iguaçu (2003) ........................... 77 Figura 5.3. b - Exemplo de curvas de geração de LFG......................................... 81 Figura 5.3.c – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos rapidamente biodegradáveis ........................................................................................................ 91 Figura 5.3.d – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos lentamente biodegradáveis ........................................................................................................ 92 Figura 5.3.e – Produção de gás durante um período de cinco anos a partir de materiais orgânicos rapidamente e lentamente decompostos colocados num aterro................................................................................................................................. 92 Fonte: Lima, 2002................................................................................................ 105 Figura 5.3.g – Distribuição de áreas no cálculo de FD ....................................... 105 Fonte: Lima, 2002................................................................................................ 105 Figura 5.3.h – Distribuição de áreas para o cálculo de MD................................ 105 Figura 5.4.1 – Volume de Controle para o movimento vertical do gás de aterro 107 Figura 5.4.2 – Esquema do movimento de oligogases de aterro através da cobertura do aterro................................................................................................ 114

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Figura 5.5.1 – Chaminés de gás utilizadas na superfície de um aterro para o controle passivo do gás de aterro: (a) Chaminé de gás para um aterro que não contém um recobrimento com geomembrana, e (b) Chaminé de gás para um aterro que contém um recobrimento com geomembrana sintética. ................................ 117 Figura 5.5.2 - Queimador típico tipo candelabro para gás de resíduos, utilizado para queimar o gás de aterro procedente de um poço de ventilação ou de vários poços de ventilações interconectados: (a) sem chama piloto e (b) com chama piloto..................................................................................................................... 119 Figura 5.5.3 – Instalações passivas utilizadas para controlar o gás de aterro: (a) base interceptora recheada com brita y com tubulação perfurada; (b) base de barreira perimétrica, e (c) uso de recobrimento impermeável no aterro. Há que ressaltar, que as bases interceptoras perimétricas são usadas para controlar a migração de gás de aterro em aterros sem recobrimento...................................... 120 Figura 5.5.4 - Instalações ativas utilizadas para o controle subsuperficial da migração do gás de aterro: (a) chaminés perimétricas para a extração do gás do aterro e (b) vala perimétrica para a extração do gás de aterro. ............................. 124 Figura 5.5.5 - Detalhe representativo de uma chaminé para a extração do gás de aterro. (cortesia da Junta de Califórnia para a Gestão Integral de Resíduos). ...... 125 Figura 5.8.1 - Diagrama de fluxo esquemático para a recuperação de energia a partir de combustível gasoso: (a) utilizando motor de combustão interna, e (b) utilizando turbina a gás......................................................................................... 133 Figura 6.1 - Vista parcial do aterro sanitário em operação ................................. 140 Figura 6.2 - Mapa de Localização do Aterro Nova Iguaçu (CTR)...................... 141 Figura 6.3 - Layout da área total do aterro sanitário ........................................... 142 Figura 6.4 - Dreno das nascentes......................................................................... 144 Figura 6.5 - Detalhe do dreno principal da nascente ........................................... 145 Figura 6.6.a – Manta PEAD sobre a base preparada........................................... 146 Figura 6.6.b – Cobertura de solo sobre a manta PEAD ...................................... 146 Figura 6.7.a – 1ª Disposição de resíduos no aterro ............................................. 148 Figura 6.7.b - Disposição de resíduos no aterro.................................................. 148 Figura 6.8 - Dreno vertical nº. 1 de biogás.......................................................... 149 Figura 6.9 - Representação esquemática da interação interespécies nos bioreatores anaeróbios (Adaptação de Barbosa,1988, Vazoller, 1993 e Saw et al., 1988) ..... 155 Figura 7.1 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 1 ...................... 157 Figura 7.2 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 2 ...................... 157 Figura 7.3 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 3 ...................... 158 Figura 7.4 – Sucção versus Umidade Retida....................................................... 160 Figura 7.5 – Compactação do solo da cota 47.00................................................ 162 Figura 7.6 – Compactação do solo da cota 48.00................................................ 163 Figura 7.7 – Compactação do solo da cota 49.40................................................ 163 Figura 7.8 – Compactação do solo da cota 55.00................................................ 164 Figura 7.9 – Produção Anual de Gás do Aterro Terra Brava .............................. 170 Figura 7.10 – Produção Anual de Gás do Aterro Nova Iguaçu........................... 170 Figura 7.11 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Terra Brava.............................................................................................................................. 171 Figura 7.12 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Nova Iguaçu.............................................................................................................................. 172 Figura 7.13 – Limite inferior de explosividade do Aterro Nova Iguaçu ............. 173 Figura 7.14 – Limite inferior de explosividade do Aterro Terra Brava .............. 173 Figura 7.15 – Gás metano do Aterro Nova Iguaçu.............................................. 174

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Figura 7.16 – Gás metano do Aterro Terra Brava ............................................... 174 Figura 7.17 – Gás dióxido de carbono do Aterro Nova Iguaçu .......................... 175 Figura 7.18 – Gás dióxido de carbono do Aterro Terra Brava............................ 175 Figura 7.19 – Oxigênio do Aterro Nova Iguaçu.................................................. 176 Figura 7.20 – Oxigênio do Aterro Terra Brava ................................................... 176 Figura 7.21 – Gás sulfídrico do Aterro Nova Iguaçu .......................................... 177 Figura 7.22 – Gás sulfídrico do Aterro Terra Brava ........................................... 177 Figura 7.23 – Temperaturas dos gases do Aterro Nova Iguaçu .......................... 178 Figura 7.24 – Temperaturas dos gases do Aterro Terra Brava............................ 178 Figura 7.25 – Metano do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria ............................ 179 Figura 7.26 – Metano do Aterro Terra Brava e Pluviometria ............................. 179 Figura 7.27 – Dióxido de Carbono do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria ....... 180 Figura 7.28 – Dióxido de Carbono do Aterro Terra Brava e Pluviometria......... 180 Figura 7.29 – Efeitos causados a saúde humana pelo H2S.................................. 189

xiv

LISTA DE QUADROS E TABELAS

Tabela 2.0 – Fases da degradação biológica dos resíduos sólidos em aterros................ 15 Tabela 3.1-Calibração dos Sensores............................................................................... 17 Tabela 3.2-Gases e alarmes ............................................................................................ 18 Quadro 4.1 – Classificação dos resíduos sólidos quanto à periculosidade..................... 28 Quadro 4.2 - Informações necessárias ao planejamento do gerenciamento do lixo....... 31 Quadro 4.3 - Estimativa da Quantidade de Lixo Gerada................................................ 32 Tabela 4.1 – Variação na composição dos resíduos sólidos em São Paulo....................... i Quadro 4.4 – Tempo de decomposição dos resíduos sólidos na natureza...................... 37 Quadro 4.5 – Vantagens do processo aeróbio sobre o anaeróbio................................... 43 Tabela 4.2 – Produção de gás em aterro versus compactação........................................ 48 Tabela 5.1.1 – Constituintes típicos encontrados no gás de aterro de RSU* ................. 52 Tabela 5.1.2 – Composição do biogás............................................................................ 53 Tabela 5.1.3 – Peso molecular, densidade e peso específico dos gases encontrados no aterro controlado em condições padrão (0 ºC, 1 atm) .................................................... 53 Tabela 5.1.4 .................................................................................................................... 54 Concentrações típicas de compostos em quantidades traço encontrados no gás de aterro em 66 aterros de RSU em Califórnia.............................................................................. 54 Tabela 5.1.5 – Comparação entre os principais gases .................................................... 55 Tabela 5.1.6 - Temperatura mínima de Auto-Ignição .................................................... 57 Tabela 5.1.7 – Potencial de perigo de explosão de componentes comuns do gás de aterro........................................................................................................................................ 61 Tabela 5.3.1 - Precipitação anual e Valores de K........................................................... 81 Tabela 5.3.2 – Valores de L0 sugeridos para o Conteúdo Lixo Orgânico ...................... 83 Tabela 5.3.3 – Constituintes orgânicos rapidamente e lentamente biodegradáveis nos resíduos........................................................................................................................... 89 Tabela 5.3.4 - Biodegradabilidade dos constituintes orgânicos nos resíduos ................ 89 Tabelas 5.3.5 – Componentes dos resíduos orgânicos decompostos e seus elementos químicos ......................................................................................................................... 90 Tabela 5.3.6 – Relação molar dos componentes ............................................................ 90 Tabela 5.3.7 – Sistema de classificação de aterros adaptado no Estado da Califórnia (1984) ............................................................................................................................. 93 Tabela 5.3.8 – Locais de disposição de resíduo e Fator de Correção de Metano........... 94 Tabela 5.3.9 – Componente dos resíduos e seu COD .................................................... 95 Tabela 5.3.10 – Tipos de modelos e suas equações........................................................ 96 Tabela 5.3.11 – Parâmetros estimados para os modelos de geração de biogás em aterros propostos por Oonk & Boom (1995).............................................................................. 98 Tabela 5.3.12 – Categoria de resíduos de acordo com o modelo ADEME.................. 101 Tabela 5.3.13 - Grau de biodegradabilidade e componentes do lixo ........................... 103 Tabela 5.3.14 – Tipo de lixo e composição.................................................................. 103 Tabela 5.3.15 – Componentes e tempo de bioestabilização......................................... 103 Tabela 5.4.1.a – Coeficiente de Difusão dos Oligocompostos..................................... 115 Tabela 5.4.1.b – Medidas e saturações das concentrações de 10 compostos traçadas em fase gás ......................................................................................................................... 115 Tabela 5.4.1.c – Concentração de Vapor dos Oligocompostos .................................... 116 Tabela 5.5.1 – Materiais seladores de aterro para o controle do movimento de gás.... 121 e lixiviado ..................................................................................................................... 121 Tabelas 5.6 – Estimativas de emissões totais de metano de resíduos sólidos domiciliares...................................................................................................................................... 127

xv

Tabela 5.7 – Estimativas de oxidação de metano em aterros sanitários feitos com análises de metano 13C.................................................................................................. 130 Tabela 5.8.1 .................................................................................................................. 132 Elementos de projeto importantes para os queimadores de gás de aterro selados a nível de solo........................................................................................................................... 132 Tabela 5.9.1 - Comparação de Custos por Tecnologias típicas de Recuperação de Energia de LFG (Dólares de 1992) .............................................................................. 136 Tabela 5.9.2 - Condições Necessárias Para Custos Competitivos Em Utilização de Projetos de LFG............................................................................................................ 137 Tabela 6.1 - Resíduos Depositados na CTR - Nova Iguaçu (toneladas) ...................... 143 Tabela 6.3 – Estágios de Decomposição Biológica e Gases Produzidos ..................... 153 Tabela 7.1 – Percentual de material do solo de cobertura ............................................ 158 Tabela 7.2 – Percentual de finos passando pela malha 200.......................................... 159 Tabela 7.3 – Constituição do solo por cota de aterro ................................................... 161 Tabela 7.4 – Material passando na peneira 200............................................................ 161 Tabela 7.5 – Índices de Consistência do Solo .............................................................. 162 Tabela 7.6 – Umidade ótima e Peso específico ............................................................ 164 Tabela 7.7 – Índice Suporte Califórnia......................................................................... 165 Tabela 7.8 – Permeabilidade do solo............................................................................ 165 Tabela 7.9 – Parâmetros de entrada dos modelos......................................................... 166 Tabela 7.10 – Composição Gravimétrica ..................................................................... 167 Tabela 7.11 – Composição Gravimétrica Média .......................................................... 167 Tabela 7.12 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro Terra Brava ....... 168 Tabela 7.13 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro ........................... 169 Nova Iguaçu.................................................................................................................. 169 Tabela 7.14 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Terra Brava .................... 171 Tabela 7.15 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Nova Iguaçu................... 172 Tabela 7.16 – Classificação do índice de correlação.................................................... 181

1

I – INTRODUÇÃO

A cada dia o aumento das emissões de gases provenientes de fontes

antropogênicas tem sido uma das causas do aumento do efeito estufa. Uma das fontes

emissoras de gases são os aterros e lixões que contribuem para a poluição atmosférica e

o agravo do efeito estufa.

Após a disposição dos resíduos num aterro, inicia-se a decomposição biológica

dos resíduos. A decomposição inicia-se de modo aeróbio, e após o consumo do oxigênio

presente, esta decomposição continua a ocorrer num ambiente anaeróbio, que passará a

liberar gases e líquidos poluentes para o meio.

Os gases gerados pela decomposição biológica são o metano, dióxido de carbono,

sulfeto de hidrogênio e outros compostos-traço. O metano é um gás de efeito estufa com

um potencial de aquecimento global (Global Warming Potencial - GWP) 21 vezes

maior que o dióxido de carbono, como também responsável por 25% do aquecimento

terrestre.

O metano, por ser um dos constituintes do biogás e aparecer em maior quantidade,

sua contribuição para o aumento do efeito estufa traz conseqüências para mudanças

climáticas, além disso, este gás também traz perigo de incêndios e explosões quando

encontrado nos seus limites de explosividade.

A qualidade e a quantidade do gás de aterro podem variar de acordo com a

quantidade e a composição dos resíduos, tipos de resíduos, com a decomposição

biológica, condições ambientais e operação de aterros.

Pela cobertura dos aterros também ocorre a emissão de gases provenientes da

degradação biológica dos resíduos. As quantidades emitidas de LFG (Landfill Gás) que

passam pela cobertura precisam ser conhecidas para poder controlá-las. É possível

estimar a quantidade de gás através de modelos matemáticos que dão, de certa forma, a

quantidade de gás estimada que possa ser emitida para a atmosfera.

No Brasil estudos sobre gases em aterros vem se tornando a cada dia mais

freqüentes, devido ao gás ter seu valor energético como sendo uma alternativa em gerar

energia elétrica, pois sua recuperação trará enorme benefício ao setor elétrico, como

também ajudará a reduzir as emissões de metano para a atmosfera contribuindo com o

Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL). A alternativa de aproveitamento

2

energético do gás e a redução de emissões, associadas à venda de créditos carbono

estariam atingindo as metas estabelecidas pelo Protocolo de Quioto.

A presente pesquisa faz parte de um programa que busca contribuir no estudo da

geração de gases em aterros de resíduos sólidos. A linha de pesquisa da qual faz parte a

presente dissertação vem sendo desenvolvida pelo G3, Grupo de Estudo de Tecnologia

de Resíduos, coordenado pelo Professor Cláudio Fernando Mahler.

No segundo capítulo o histórico dos gases é apresentado.

No terceiro capítulo a metodologia e materiais são apresentados.

No quarto capítulo é feita uma revisão bibliográfica da questão dos resíduos

sólidos.

Uma extensa revisão sobre a questão de gases em aterros de resíduos sólidos é

apresentada no capítulo quinto.

No capítulo seis os casos estudados são descritos e no capítulo sete são

apresentados os resultados dos ensaios com solos e das medidas de campo e laboratório

com gases, como também as discussões dos resultados que são apresentadas.

O capítulo oito trata das conclusões das pesquisas desenvolvidas no presente

trabalho.

1.1 – Objetivo deste Trabalho

O objetivo se divide em dois aspectos: Geral: Estudar a produção de gás em aterros de resíduos sólidos, em especial

quanto aos aspectos de qualidade, explosividade e recuperação energética do gás.

Específico: Analisar aspectos relativos aos gases produzidos em aterros sanitários

e controlados, considerando ainda o papel geotécnico da cobertura no controle das

emissões gasosas.

1.2 – As Hipóteses deste Trabalho

As hipóteses estabelecidas são: 1.2.1. As emissões de metano e CO2 em aterros de resíduos sólidos urbanos

apresentam durante a fase construtiva resultados acentuadamente diferenciados.

3

1.2.2. Coberturas mais permeáveis induzem a uma maior oxigenação do aterro e

uma degradação mais acelerada, conduzindo, contudo quando das ocorrências de chuvas

a uma maior presença de metano dos gases emitidos.

4

II – HISTÓRICO DOS GASES

2.1-Histórico dos Gases Relacionado à Degradação Biológica dos Resíduos Sólidos

A produção do hidrocarboneto saturado mais simples, o metano, cuja fórmula

molecular é CH4, é também um fenômeno presente na natureza ao longo dos tempos. O

denominado “gás dos pântanos” foi descoberto por Shirley em 1667 e o reconhecimento

do metano como um de seus componentes foi definido pelo físico Alessandro Volta, em

1776 (PINHEIRO, 2002 modificado).

O cientista PASTEUR, L. (1856), pode demonstrar a utilização dos

microorganismos em benefício da humanidade, de forma que fosse aplicado no

tratamento de doenças e na produção de alimentos e bens de consumo. O próprio

Pasteur não pode prever que com esta descoberta poderia ser utilizada em outras áreas,

podendo solucionar problemas quanto à questão do tratamento e destinação final dos

resíduos sólidos urbanos e no emprego de remediação de lixões e vazadouros.

Posteriormente, Ulysse Gayon (1883), aluno de Louis Pasteur, realizou a primeira

fermentação anaeróbia conseguindo produzir 100 ℓ/m3 de gás a partir de uma mistura de

esterco e água, a 35ºC. Em 1884, Louis Pasteur, ao apresentar à Academia das Ciências

os trabalhos do seu aluno, considerou que esta fermentação podia constituir uma fonte

de aquecimento e iluminação.

Uma das primeiras unidades de produção semi–industriais data de 1895, no Reino

Unido, onde foi construído um digestor de lodos obtidos por decantação de esgotos

domésticos da cidade de Exeter. O gás produzido era usado para a iluminação das ruas

da cidade.

Não obstante, a despeito dos estudos realizados por Pasteur, um sumário

relacionado à retrospectiva conceitual, revela que a história da degradação biológica

coincide com a história da biotecnologia, onde esta teve início no Egito há 6.000 anos

atrás, onde os alimentos e bebidas produzidas eram fermentados por meio de

microorganismos.

Apesar da grande contribuição dos antepassados e de Pasteur, no século XX

tiveram grandes contribuições e avanços para o estado da arte, onde participaram vários

pesquisadores, não tão conhecidos, ligados as várias universidades e centros de

pesquisas em todo o mundo, citando como exemplo, MITSCHERLICH (1939), que

formulou um postulado de grande importância tecnológica quando aplicado aos

5

microorganismos: “Nenhum organismo e nenhuma população cresce indefinidamente.

Existem limitações estabelecidas pela disponibilidade de alimentos, abrigo, falta de

espaço, por condições físicas intoleráveis ou por algum mecanismo de controle”.

Segundo Mitscherlich, o que se pode perceber é que os microorganismos atuam

em grupo seguindo o mesmo comportamento de outros seres vivos e que podem ser

plenamente controláveis por mecanismos artificiais, constituindo-se, este postulado, na

base da biotecnologia aplicada.

O pesquisador MONOD, J. (1942), deu sua contribuição para biotecnologia,

formulando um importante postulado: “A taxa de crescimento microbiano depende de

substrato”, sendo este postulado a relação existente do desenvolvimento da espécie

microbiana, possibilitando com isso dosar a quantidade de material orgânico a ser

transformado em função da concentração microbiana, ou vice versa, dosar a quantidade

de microorganismos decompositores em função da concentração de substrato.

2.1.1 - Princípio de BARKER

Em 1951, KAPLOVSKY formulou o princípio da divisibilidade da decomposição

biológica anaeróbia dos resíduos sólidos, contribuindo para o favorecimento a

aplicabilidade dos microorganismos em escala industrial.

Nos estudos de IMHOFF, inventor da fossa séptica, que também observou o

processo de decomposição ocorrida em dois tempos, Kaplovsky pode basear suas

conclusões através destes estudos. Pela ordem cronológica, pode-se afirmar que essa

observação foi precursora do princípio de duas fases. A compreensão deste princípio se

deve na realidade a BARKER (1956) que o deduziu quando estudava a fermentação

bacteriana.

Segundo Barker, o processo de decomposição pode ser apresentado desta forma:

6

Figura 2.1.a – Princípio de duas fases – Barker

Como pode se observar, o diagrama acima, mostra inicialmente a matéria orgânica

do lixo consumida por microorganismos formadores de ácidos. Como resultado desta

primeira fase, são gerados ácidos graxos, açucares e outros compostos orgânicos de

baixo peso molecular. Em seguida surge uma outra fase, onde os ácidos são consumidos

por microorganismos formadores de metano e dióxido de carbono como um dos

produtos finais.

2.1.2 - Os Postulados de ELIASSEN

Na década de 40 a 50, surgiram dois fatos que levaram a uma investigação e o

desenvolvimento do processo de decomposição dos resíduos sólidos, que acabou

trazendo certa preocupação com a migração de gases dos lixões e a verificação de

recalques surgida nos maciços de resíduos quando se pretendia construir sobre estes.

Um trabalho muito importante nesse sentido foi publicado por ELIASSEN, R., em

1942, conhecido como os postulados de Eliassen, que estudou diversos lixões de Nova

York chegando aos seguintes postulados:

� Primeiro Postulado: “Os resíduos orgânicos dispostos em aterros e lixões

são decompostos por processos biológicos que ocorrem de forma natural

dada a presença de microorganismos no lixo”;

� Segundo Postulado: “A decomposição em aterros e lixões é um processo

essencialmente anaeróbio”;

RESÍDUOS ORGÂNICOS COMPLEXOS

ÁCIDOS ORGÂNICOS

CH4 (metano) + CO2 (Dióxido de

Carbono)

Bactérias formadoras de

metano

Bactérias formadoras de

ácidos

7

� Terceiro Postulado: “A metanogênese ocorre em condições sub-ótimas”;

� Quarto Postulado: “A temperatura, o teor de umidade e o pH, são fatores

que influenciam no processo de decomposição biológica”;

� Quinto Postulado: “Os recalques resultam dos vazios deixados pela

transformação da matéria orgânica em gases e líquidos”.

Embora, nos dias atuais, os postulados de Eliassen pareçam bastante óbvios,

levando-se em conta a época em que foram formulados, constituem-se verdadeiras

provas provenientes da capacidade investigativa desse pesquisador que muito pode

contribuir para o estado da arte.

2.1.3 - A Rota de McCARTY

Na década de 60 surgiu o trabalho de McCARTY, P.L. (1964), onde tornou bem

claro o princípio de duas fases quando apresentou um interressante esquema onde

algumas rotas de transformação foram simuladas, como é ilustrado na figura abaixo:

Figura 2.1.b – Rotas de transformação da matéria orgânica (McCarty, P.L.)

MATÉRIA ORGÂNICA

ÁCIDO PROPIÔNICO

OUTROS ÁCIDOS

ÁCIDO ACÉTICO

65% 15%

15%

20%

CH4 (Metano)

72%

35%

15% 13%

17%

Fase Ácida

Fase Metânica

8

Seguindo as observações feitas por McCarty, outros autores como,

IMSHENETSKY (1968), KOTZE , et al. (1968), TEORIEN e HATTING (1969),

puderam confirmar a tese sobre a divisibilidade do processo de decomposição

anaeróbia.

Segundo o princípio de duas fases, no processo de decomposição anaeróbia ocorre

primeiramente a fase ácida, onde as reações de hidrólise dão início a redução da matéria

orgânica complexa a compostos solúveis menores através de enzimas extra celulares. Os

produtos da hidrólise são os ácidos graxos, açucares simples, aminoácidos e outros

compostos orgânicos de peso molecular menor. Durante a hidrólise, os

microorganismos que atuam nessa fase conseguem despender muito mais energia do

que consegue ganhar. Apesar disto, existe um aumento disponível de energia no meio,

que está relacionado às alterações sofridas pela matéria orgânica, sendo fonte de energia

a ser utilizada nas reações que se seguem. Atividades adicionais, neste estágio, tendem

complementar as modificações da matéria orgânica que estão envolvidas com a captura

de energia, a formação de ácidos orgânicos, a produção de amônia (NH3), água e de

gases como o hidrogênio. A fase ácida vem acompanhada da atividade microbiana

específica com capacidade de transformar os ácidos em gases como metano (CH4) e

dióxido de carbono (CO2). Esta segunda fase é então denominada como metanogênica,

onde participam bactérias, fungos e actinomicetes que são microrganismos encontrados

no solo, no rúmen bovino e no trato digestivo humano, são também trazidos pelo lixo

através do sistema de coleta, pelas atividades de aterramento e/ou por estratégias de

biorremediação, ou seja, o uso de microorganismos para acelerar o processo de

decomposição e de tratamento dos resíduos. Esses microorganismos obtêm energia a

partir de duas reações principais: redução do dióxido de carbono (CO2) pela adição de

hidrogênio (H2) para formar metano (CH4) e água (H2O), e a partir da quebra do ácido

acético (CH3COOH) formando metano e dióxido de carbono. Segundo ALEXANDER

(1971), outros gases são também formados neste estágio, como o nitrogênio (N2) e o

sulfeto de hidrogênio ou gás sulfídrico (H2S). O nitrogênio é produzido a partir do

processo microbiano de denitrificação, no qual o íon nitrato é reduzido ao mesmo tempo

em que atua como aceptor de elétrons. Informações posteriores deste mesmo autor

mostram que a denitrificação ocorre imediatamente após a depleção do oxigênio, ou

seja, alguns dias depois de ter aterrado os resíduos no aterro. O sulfeto de hidrogênio é

produzido por microrganismos redutores de sulfato com íon sulfeto agindo como

9

aceptor de elétrons. Segundo o autor esta reação ocorre em pH neutro ou ligeiramente

alcalino. Também durante este estágio outros gases são produzidos, CH3 CH3 CH3 CH2

CH3 e PH3, em quantidades bastante pequenas, porém com certa significância para o

aproveitamento pelos microrganismos, como STADTMAN (1967) pode demonstrar.

Em resumo, durante a decomposição anaeróbia, segundo o princípio de duas fases,

gases como CO2, H2, CH4, N2, H2S, são produzidos por dois grupos distintos de

microrganismos, o primeiro, formador de ácidos e o segundo, formador de metano.

Estudos realizados por BEARD e McCARTY (1983) em escala de laboratório, na

Universidade de Stanford, USA, onde os efeitos de adição de água, inoculo bacteriano e

solução tampão foram testados no tratamento de resíduos. Os resultados destas

pesquisas são bastante relevantes, quer pelos avanços obtidos na época, quer pelas

técnicas empregadas, por exemplo, o ensaio de toxidade de anaerobiose (ETA) e o

ensaio potencial bioquímico do metano (PBM). Assim sendo, os seguintes resultados

podem então ser resumidos:

� Realização de um tratamento acelerado de chorume originário de aterro

sanitário utilizando um reator biológico operado a uma temperatura de 35ºC;

� O chorume proveniente do Aterro Sanitário de Mountain View, não é tóxico

ou inibitório ao tratamento anaeróbio;

� Pequeno ou nenhum período de aclimatação foi preciso ou necessário, nem

adição de produtos químicos foi necessária para o tratamento do chorume no

reator biológico;

� O teor de metano na composição do gás produzido foi de 70%;

� Neutralização ou tamponamento do chorume não foi necessário quando a

técnica de reciclagem ou lixiviação foi utilizada;

� Uma carga orgânica de 15 kg de DQO por metro cúbico de volume do reator

por dia foi considerada ótima;

� Tempo de residência hidráulico tão curto, como um dia, mostrou se hábil

para promover um eficiente tratamento do chorume;

10

� A produção de metano e a eficiência de remoção da DQO dependem da

carga orgânica presente no chorume.

Uma análise mais aprofundada dos estudos de Beard e McCarty revelou que o

chorume proveniente de aterro sanitário, quando tratado em reatores anaeróbios adquire

propriedades que favorecem seu tratamento final. Além de tornar fácil o seu tratamento,

o chorume resultante do processo anaeróbio pode servir como inóculo metanogênico

fazendo acelerar o processo de decomposição da fração sólida, ou passivo ambiental

mantido na célula. Essa característica do chorume de ser usado como um inoculante

biológico, futuramente poderá ser aplicado no desenvolvimento de sistemas de

tratamento de resíduos sólidos, como também em minimizar impactos ambientais

causados por algum lixão.

2.1.4 - A Analogia de LIMA

Experimentos realizados por LIMA, L.M.Q (1983) na área de biorremediação de

aterros de resíduos sólidos de origem domiciliar e industrial, em escalas de laboratório e

real, na Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, SP, cuja questão focada é a

aceleração da fase metanogênica.

Nos estudos de laboratório foram utilizados os seguintes materiais: seis lisímetros

de plástico e lã de vidro. Os lisímetros eram preenchidos com resíduos (lixo), isolados

com lã de vidro e providos de um sistema de alimentação e coleta de sólidos, líquidos e

gases.

Os seis lisímetros utilizados no experimento, somente um serviu de testemunho

enquanto os outros cinco foram inoculados com diferentes substratos: lodo de esgoto

digerido; chorume tratado em reator anaeróbio; chorume cru com alta DQO (80.000

mg/l); chorume cru com baixa DQO (1.000 mg/l); esterco de gado digerido em reator

anaeróbio. Os resultados obtidos levaram o autor a concluir que a reciclagem de

chorume tratado em reator anaeróbio apresentou bons resultados em termos de

aceleração do processo de decomposição. Os resultados também apontaram que os

estercos cru e digerido servem de inóculo biológico, possibilitando assim a aceleração

da fase metanogênica. Quanto ao chorume cru em excesso, estudos revelaram que

ocorreram inibições na fase ácida e na fase metanogênica.

11

Os estudos em escala real foram realizados no Aterro Sanitário de Campinas, SP,

em que utilizou duas células, cada uma contendo 100.000 t de resíduos. As células

foram preenchidas aplicando-se a técnica de aterramento de resíduos. Uma das células

foi conectada a um reator biológico e provida de um sistema de recirculação ou

reciclagem de chorume, lixiviação microbiana. A outra célula, a testemunha, foi

operada de modo tradicional, sem adição de inóculo, ou seja, sem lixiviação microbiana.

Os resultados desse experimento puderam demonstrar que a reciclagem ou

recirculação de chorume tratado em reatores biológicos anaeróbios, lixiviação

microbiana, permite acelerar o processo de decomposição biológica dos resíduos na

razão de 10 vezes, se for comparado com o processo sem lixiviação microbiana. Além

do mais, o autor pode observar que realmente existia uma forte interação entre a célula

de aterramento e o próprio reator biológico, sendo possível a tratabilidade da massa de

sólidos, líquidos e gases in situ, ou seja, no próprio local fazendo uso dos potenciais do

meio anaeróbio em decomposição, surgindo desta forma o que se denomina de Aterro

Sanitário Celular, ou Sistema de biorremediação de passivo ambiental in situ.

O processo desenvolvido e aperfeiçoado por Lima pode ser incluído no rol dos

processos da visão inovativa, tal qual como definido pela EPA (Environmental

Protection Agency), tratando-se de um processo natural, associada a processos físico-

químico, similar ao que ocorre no trato digestivo dos ruminantes.

Figura 2.1.c - Analogia ao trato digestivo dos ruminantes (LIMA, 2002)

LIXIVIAÇÃO BACTERIANA

FQ1 FQ2 BIO

OMASSO ABOMASSO RETÍCULO CHORUME RÚMEN

CÉLULA DE ATERRAMENTO LIXIVIADO

12

Segundo LIMA, L.M.Q (1988) a célula de aterro assume o comportamento de um

biodigestor ou reator biológico, podendo ser definido, guardando as particularidades,

como um reator heterogêneo não convencional, onde a matéria orgânica presente no

lixo, quando aterrada, se dá início a um processo de digestão similar ao que ocorre no

trato digestivo dos ruminantes. A Figura 4.1.c mostra com mais detalhe esta

similaridade. No trato digestivo dos ruminantes, em particular de bovinos, a fração

orgânica é processada diretamente no rúmen (célula de aterramento de lixo), onde

recebe a cargas microbianas sucessivas (inoculação) oriundas do retículo (reator

biológico). O processo é auxiliado pelo abomasso (Reator físico-químico 1) e o omasso

(Reator físico-químico 2) os quais servem para equalizar as características do efluente

líquido, principalmente o pH (potencial hidrogeniônico) e o Eh (potencial de oxi-

redução) possibilitando o desenvolvimento da atividade microbiana anaeróbia

acetogênica e metanogênica. Ainda nesse processo, a ruminação é substituída pela

lixiviação microbiana ou reciclagem de chorume enriquecido, suprindo o processo de

digestão de células microbianas ativas, nutrientes, sais minerais e fontes carbono,

nitrogênio e outros elementos essenciais.

2.1.5 – Evolução dos Modelos de Produção de Gás provenientes da decomposição

dos Resíduos Sólidos:

A degradação dos resíduos sólidos urbanos em aterro sanitário é um processo

demorado, por está relacionado à velocidade de degradação dos diferentes tipos de

resíduos (substratos) e, seqüencial, em razão dos metabolismos distintos que se sucedem

ou se superpõem. Alguns modelos globais de degradação foram desenvolvidos na

perspectiva de demonstrar as diferentes etapas que conduzem à estabilização dos

resíduos. Um primeiro modelo foi proposto por Farquhar e Rovers (1973), identificando

quatro fases para a produção de biogás.

13

Fonte: Faquhar e Rovers, 1980 in Castilhos Jr. et al., 2003

Figura 2.1.d - Modelo de produção de biogás em aterros sanitários

Uma quinta fase foi adicionada ao modelo proposto por Rees (1980) ao modelo de

Farquhar e Rovers. Neste modelo, além dos gases, são ilustradas curvas teóricas de

degradação da celulose e dos ácidos graxos voláteis, como mostra a Figura 4.1.e.

Fonte: Rees, 1980 in Castilhos Jr. et al., 2003

Figura 2.1.e - Modelo de evolução dos gases em aterros sanitários

Assim, do mesmo modo, em um modelo proposto por Stanforth et al. (1979), a

degradação dos resíduos em aterro sanitário ocorreria segundo três fases: a primeira fase

aeróbia e a segunda fase anaeróbia, sendo que a segunda se dividiria em duas etapas,

conforme a Figura 4.1.f abaixo.

14

Fonte: Stanforth et al., 1979 in Castilhos Jr. et al. 2003

Figura 2.1.f - Modelo teórico de degradação dos resíduos em aterros sanitários

Finalmente, Pohland e Harper (1985) propuseram cinco fases para avaliar a

estabilização dos resíduos em aterro, em função do tempo. Estas fases são

manifestações da evolução dos resíduos, cuja variação da qualidade e quantidade dos

lixiviados e gases produzidos são os parâmetros indicativos. As diferentes fases são

descritas a seguir na tabela:

15

Tabela 2.0 – Fases da degradação biológica dos resíduos sólidos em aterros

1ª FASE (FASE INICIAL)

2ª FASE (FASE DE

TRANSIÇÃO)

3ª FASE (FORMAÇÃO ÁCIDA)

4ª FASE (FERMENTAÇÃO METANOGÊNICA)

5ª FASE (MATURAÇÃO

FINAL)

Aterramento dos resíduos nas células e início do acúmulo de

umidade;

Capacidade de retenção em água dos

resíduos é ultrapassada e inicia-se a formação

lixiviados;

Os ácidos graxos voláteis (AVGs) se

tornam preponderantes nos lixiviados;

Produtos intermediários que apareceram na fase

ácida são transformados em

metano e dióxido de carbono em excesso;

Estabilização dos componentes orgânicos disponíveis os resíduos

e solubilizados nos lixiviados;

Compactação inicial dos resíduos e

fechamento das células do aterro;

Passagem de condições aeróbias para

anaeróbias. O aceptor de elétron passa do O2

para os nitratos e sulfatos;

Diminuição do pH se produz com

mobilização e possível complexação de

espécies metálicas;

Crescimento do pH a valores mais elevado,

controlado pela capacidade tampão do

sistema;

Concentrações em nutrientes inicialmente

elevadas se tornam limitantes;

Detecção das primeiras mudanças dos

diferentes parâmetros de degradação dos

resíduos.

Concentrações de metabólitos

intermediários (AGVs) surgem nos lixiviados;

Consumo de N2 e fósforo (P) para o crescimento dos microrganismos;

-Potencial de óxido – redução se encontra em

valores baixos e consumo importante de

nutrientes;

Produção de gases entra em queda acentuada e, em seguida, cessa;

Tendências perceptíveis de

instalação de condições redutoras no meio.

Detecção do H2 e influência na natureza

dos produtos intermediários

formados.

Fenômenos de complexação e

precipitação de metais continuam a ocorrer;

O2 e espécies oxidadas reaparecem lentamente

e um aumento do potencial redox é

observado;

Carga orgânica dos lixiviados decresce e a

produção de gases aumenta

proporcionalmente.

Matérias orgânicas resistentes a

biodegradação são convertidas em

moléculas como ácidos húmicos.

Fonte: Pohland e Harper, 1985.

16

III – METODOLOGIA E MATERIAIS

3.2 – Metodologia e Materiais

A metodologia empregada para o monitoramento de gases se divide em duas

etapas:

- A 1ª Etapa - Estudo de Campo;

- A 2ª Etapa - Estudo de Laboratório.

Um diagrama em bloco foi elaborado para mostrar como foi procedido o

monitoramento, como é mostrado na Figura 3.1.

Figura 3.1 – Diagrama de Monitoramento

3.2.1 - Estudo de Campo

O estudo de campo foi realizado com dois tipos de equipamentos e mais um

coletor de gás, tendo cada um apresentado características diferentes.

1 - Equipamentos utilizados em campo

Foram utilizados os seguintes equipamentos para a realização deste trabalho:

- Medidor de gás Mini Warm;

- Termômetro digital;

- Seringa coletora de gás e acessório.

Monitoramento dos Gases

Campo

Laboratório

Análise

cromatográfica dos gases

Medições

Amostragem

Equipamentos Eletrônicos

(Medidor de gás e Termômetro digital)

Coleta de Gases

(c/ seringas coletoras)

17

2 - Características dos equipamentos

a) Medidor MiniWarm da Dräger:

O equipamento utiliza sensores de detecção da presença de gás, e cada sensor deve

ser calibrado segundo a Tabela 3.1.

Os sensores utilizados pelo medidor de gás são:

• CH4, (metano) conhecido como catalítico;

• CO2 (gás carbônico);

• H2S (gás sulfídrico);

• O2 (oxigênio).

Tabela 3.1-Calibração dos Sensores

Fonte: Informação técnica da Dräger

O equipamento também mede a explosividade em porcentagem de LEL (Lower

Explosive Limit).

Cada sensor tem que ser calibrado de tempos em tempos, de forma a garantir a

confiabilidade das medições (Tabela 3.1).

A calibração destes sensores é feita conforme o procedimento a seguir descrito:

- O botão maior é pressionado aparecendo na tela o “MENU”, então é selecionada a

opção “MAINTENCE”, inserindo a senha “0001”, e selecionando depois

“FORWARD”, confirmando com o botão maior.

- No sub-menu que aparece na tela do equipamento seleciona a opção “Fresch Air Cal”

confirmando-a. Aguarda-se a mensagem de “OK”, selecionando e confirmando a opção

“FORWARD”. Depois é selecionada a opção “SPAN CALIBRATION” confirmando

em seguida. É selecionado o gás/sensor a ser calibrado, como por exemplo, o CH4,

iniciando assim o processo.

Sensores Manutenção Preventiva

Periódica

CH4 (Metano) De 6 em 6 meses

CO2 (Dióxido de Carbono) De 3 em 3 meses

H2S (Sulfeto de Hidrogênio) Anual

O2 (Oxigênio) Anual

18

- A 1ª opção “CAL HEAT” é selecionada, informando a concentração do gás a ser

fornecida (95% Vol. para o CH4), passando o gás com fluxo constante de 0,5 LPM

selecionando então, “FORWARD”, por três vezes e pronto (acompanhando as

mensagens exibidas), com isto este sensor é considerado calibrado.

- O mesmo processo de calibração é realizado para os demais sensores e ao final do

processo retorna-se com a opção “BACK” até a tela de medição.

A Figura 3.2 mostra as dimensões do equipamento MiniWarm da Dräger.

Figura 3.2 – Medidor de Gases

Os alarmes do equipamento estão associados a cada sensor, onde estes soam de

acordo com o nível de gás detectado pelo equipamento conforme (Tabela 3.2).

Tabela 3.2-Gases e alarmes

Gases Alarme 1 Alarme 2 Range

10% LEL 20% LEL 100% LEL CH4

0.440% Vol. 0.800% Vol 4.400% Vol.

H2S 10 ppm 20 ppm 100 ppm

O2 19.00% Vol. 23.00% Vol. 25.00% Vol.

CO2 0.500% Vol. 1.000% Vol. 5.000% Vol

Fonte: Painel de inicialização do equipamento

143 mm

63 mm

80 mm

19

b) Medidor de Temperatura:

Para medição da temperatura dos gases nos drenos dos aterros Nova Iguaçu e

Terra Brava foi utilizado um equipamento da marca GUterm 200, tipo Pt-100, cujo

fabricante é Gulton do Brasil Ltda.

Os valores das temperaturas são dados na escala Celsius (ºC).

Figura 3.3 – Medidor de Temperatura

O equipamento possui as seguintes medidas:

Comprimento = 132 mm; Largura = 73 mm e Altura = 28 mm.

A faixa de medida do equipamento vai de -199,9 a +199,9 °C

c) Seringa plástica e acessório:

A seringa de coleta de gás é uma seringa graduada com volume de 60 ml e válvula

de registro em Tê acoplada ao seu bico. A Figura 3.4 mostra a seringa utilizada para

coleta.

20

Figura 3.4 – Seringa Coletora

O acessório que acompanhou a seringa foi uma mangueira de borracha de material

silicone com diâmetro externo de 5 mm, interno de 3 mm e comprimento de 1400 mm.

3 - Quanto às medições e coletas em campo

As medidas realizadas foram feitas mensalmente e pontualmente nos dois aterros,

percorrendo cada ponto de drenagem no local.

a) Aterro Sanitário de Nova Iguaçu

As medidas com os equipamentos eletrônicos foram realizadas em 16 pontos de

drenagem como pode ser observado no mapa em anexo e a coleta com seringa foi feita

em 5 pontos de drenagem conforme assinalado no mapa de localização dos drenos de

gás (ver Anexo C). As amostras coletadas eram mantidas sob refrigeração por certo

tempo e depois eram submetidas à cromatografia.

b) Aterro Controlado Terra Brava

As medidas com os equipamentos eletrônicos e as coletas com seringas foram

feitas em 5 pontos de drenagem conforme o mapa de localização dos drenos de gás (ver

Anexo C). As amostras coletadas eram mantidas sob refrigeração por certo tempo e

depois eram submetidas à cromatografia.

Válvula

Reservatório de coleta

Êmbolo Haste

succionadora

21

3.2.2 – Estudo Laboratorial

A segunda etapa consistiu de um estudo laboratorial feito através de um

cromatógrafo. O princípio de funcionamento do cromatógrafo consiste no uso de um

gás de arraste que entra pelo cromatógrafo passando pelo injetor, que deve estar

aquecido de modo a promover a rápida vaporização da amostra, e chegando à coluna

fazendo o arraste do aerossol da amostra. Depois de separados na coluna, os

componentes atravessam o detector e o sinal é logo enviado e registrado na forma de um

cromatograma.

Fonte: Aquino Neto & Souza Nunes, 2003.

Figura 3.5 – Sistema cromatográfico para cromatografia

O cromatógrafo utilizado para análise dos gases CO2, CH4 e Ar foi o modelo CP -

3800, nº de série 101280, marca VARIAN e ano 2002.

Cromatógrafo: Varian modelo 3800 – Detector e coluna usados para a cromatografia:

- Detector de condutividade térmica:

- Coluna de Poraplot Q 50 metros x 0,53 mm

Condições analíticas do equipamento:

Seringa com volume a ser injetado

Gás

de

Arr

aste

Forno de Colunas

Regulador de pressão de

dois estágios

Injetor

Detector

E.T. 1

2 3

1- Controle de entrada de gás de arraste

2- Controle da

purga do septo

3- Controle da

saída do divisor

Coluna capilar

E.T. – Estação de Trabalho, microprocessador, integrador/registrador.

22

- Temperatura da coluna: 40 o C (Isotérmico)

- Temperatura do detector: 200 o C

- Vazão da coluna: 5 ml/min

- Sensibilidade do detector: 10 E –11

- Temperatura do filamento: 250 o C

- Relação do split: 1/10

Uma terceira etapa foi desenvolvida com relação à coleta e ensaio do solo de

cobertura, já que existe a possibilidade do gás migrar pela camada de cobertura do

aterro. Admitiu-se que o material coletado da camada de cobertura provisória será o

mesmo material usado para a cobertura final.

3.2.3 – 3ª ETAPA: Coleta e Ensaios do Solo de Cobertura

3.2.3.1 - Material para coleta de solo

- Cilindro de PVC com ∅interno= 9,5 cm, ∅externo= 11,0 cm e h = 20,0 cm;

- Saco plástico;

- Cilindro metálico (Anel de Kolpec) de 5,0 cm de diâmetro e 5,0 cm de altura;

- Faca;

- Colher de pedreiro;

- Machadinha;

- Colher de jardinagem.

3.2.3.2 - Quanto à coleta de solo de cobertura

Foram coletadas dois tipos de amostra de solo de cobertura do aterro Terra Brava

próximas aos drenos de gás 1, 2 e 3 (indeformada e deformada).

As amostras indeformadas (submetidas aos ensaios de determinação dos índices

físicos) foram coletadas através de cilindros de PVC biselados (18º de inclinação),

cravados gradativamente no solo de cobertura e acondicionadas em sacos plásticos,

enquanto que as deformadas foram coletadas a granel e acondicionadas em sacos

plásticos.

23

Figura 3.6 – Cravação do Cilindro no solo

A Figura acima mostra as fases de cravação do cilindro no solo de cobertura,

onde: (a) parcialmente cravado; (b) quase totalmente cravado; e (c) totalmente cravado.

Foram coletadas amostras indeformadas de solo em cilindros metálicos (Anel de

Kolpec), onde estes eram cravados no solo e depois removidos cuidadosamente. As

coletas foram efetuadas a uma distância próximas a 3,00 m dos drenos de gás 1, 2 e 5.

Essas amostras foram acondicionadas em sacos plásticos. Para os drenos de gás 3 e 4, as

amostras de solo de cobertura próximas aos mesmos, não puderam ser coletadas, devido

a grande quantidade de lixo no local, já que para isso teria que remover o lixo por

completo e ir até a profundidade de 1,50 m para coletar o solo de cobertura provisória

anterior.

No Anexo C há um mapa de localização dos drenos de gás com os pontos de

coleta referente a cada tipo de ensaio do solo.

As coletas de solo para o Aterro Nova Iguaçu foram feitas da mesma forma para o

Aterro Terra Brava. As amostras foram extraídas em cotas 47.00, 48.00, 49.40 e 55.00

do aterro.

3.2.3.3 - Ensaios do Solo

As amostras deformadas e indeformadas foram submetidas aos ensaios de

granulometria, limites de Atterberg, compactação, CBR e permeabilidade, enquanto que

as amostras coletadas em cilindros metálicos (indeformadas) foram submetidas a um

único ensaio de obtenção da curva de retenção de umidade do extrator de Richards.

a) Granulometria

O ensaio granulométrico foi realizado no Laboratório de Geotecnia da

COPPE/UFRJ, segundo a norma NBR 7181.

(a) (b) (c)

24

b) Limites de ATTERBERG

Os limites de ATTERBERG foram determinados de acordo com a norma NBR

6459 (Limite de Liquidez) e NBR 7180 (Limite de Plasticidade).

c) Ensaio de Compactação

O ensaio de compactação realizado no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ

foi executado de acordo com a NBR 7182 na energia do Proctor Normal sem reuso de

material.

d) Ensaio de CBR (Califórnia Bearing Ratio)/ Índice de Suporte Califórnia (I.S.C.)

Foram realizados pelo Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ segundo a NBR

9895 os ensaios de CBR ou ISC em amostras compactadas na energia do Proctor

Normal.

Para cada amostra de solo foi ensaiado um corpo de prova na umidade ótima

correspondente ao ensaio de compactação do Proctor Normal.

As curvas de compactação são apresentadas no capítulo 7.

f) Ensaio de Permeabilidade do solo

O ensaio realizado pelo Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ foi o de carga

variável, segundo a norma NBR 14545. Este ensaio é aplicado para solos siltosos e

argilosos.

As amostras foram compactadas em cilindros de 10,14 cm de diâmetro.

Os ensaios foram realizados na umidade ótima obtida do ensaio de Compactação

Proctor Normal.

g) Ensaio de Obtenção de Curva Característica de Retenção de Umidade no

Aparelho Extrator de Richards

O ensaio de obtenção de curva característica de umidade no aparelho extrator de

Richards foi realizado na EMBRAPA-RJ. Os resultados deste ensaio são apresentados

no capítulo 7 no item 7.2. Este ensaio consiste em colocar as amostras de solo saturadas

em placas de cerâmica previamente saturadas e submetidas a uma determinada pressão,

até atingir a drenagem máxima da água contida nos seus poros, correspondente à tensão

aplicada (Manual EMBRAPA, 1997). A seguir determina-se a umidade da amostra. As

tensões usuais são: 0,01; 0,033; 0,1; 0,5; e 1,5 MPa.

25

A Figura 3.7 apresenta o Aparelho extrator de Richards.

Fonte: Dinâmica da água no solo, Libardi, 1995.

Figura 3.7 – Aparelho extrator de Richards

O procedimento adotado é descrito no anexo D.

TAMPA

MEDIDOR DE PRESSÃO

P

Patm + P

PLACA POROSA (15 bar)

AMOSTRA DE SOLO

CÂMARA DE PRESSÃO

h

TELA DE NYLON SUPORTE DA PLACA DIAFRAGMA DE

BORRACHA

26

IV – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1. A Relevância da Questão dos Resíduos Sólidos Desde a realização da Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e o

Desenvolvimento - ECO - 92, uma das questões amplamente discutida e considerada

fundamental quanto à preservação do meio ambiente foi a crescente produção de

resíduos sólidos em todo o mundo.

A Agenda 21 (NOSSA PRÓPRIA AGENDA, 1992), propõe como estratégia

para a obtenção de um modelo de gerenciamento dos resíduos sólidos compatíveis com

a preservação ambiental, quatro programas:

-minimização de resíduos;

-maximização da reutilização e da reciclagem de resíduos;

-promoção de sistemas adequados de tratamento e disposição de resíduos;

-ampliação da cobertura dos serviços de limpeza urbana.

Segundo FERREIRA (1999), a demanda por sistemas adequados de tratamento e

disposição de resíduos é reveladora da pouca consciência que se tem dos efeitos

negativos, no meio ambiente e na saúde humana, que o lançamento indiscriminado dos

resíduos pode provocar.

A pouca propensão das autoridades públicas em utilizar recursos para

implementação de tais sistemas está relacionada ao significado que damos, na nossa

sociedade, ao servido, ao utilizado, ao descartável, cujo valor não justifica gastarmos

dinheiro com lixo.

Segundo o mesmo autor, 75 % dos resíduos são coletados pelos sistemas de

limpeza urbana das cidades brasileiras (no Rio de Janeiro a COMLURB coleta mais de

90 %) e transportados para um destino final. A predominância, quase que geral, é dos

lixões, com todos os seus aspectos negativos como: presença de fumaça, mau cheiro,

poluição das águas superficiais e subterrâneas, urubus, presença de vetores de doenças e

de animais e a presença constrangedora de seres humanos catando lixo.

Segundo o órgão de controle ambiental do Estado de São Paulo, em 1997,

77,8% correspondia aos sistemas municipais do Estado enquadrados em condições

inadequadas, cuja indicação se reflete no número de municípios. Em 2004, este valor

caiu para 29,7%, os quais vêm sendo alvos das ações de controle da CETESB, a fim de

alcançarem condições adequadas. Também se destaca a evolução da quantidade de

27

resíduos sólidos dispostos que era de 10,9%, em 1997, passando para 79,3% em 2004

(CETESB, 2004).

A nossa responsabilidade pelos impactos ambientais e na saúde pública

provocados pelos lixões está diretamente relacionada à nossa pouca resistência à

existência dos mesmos e a nossa participação na sociedade de consumo, contribuindo

para geração das enormes quantidades de resíduos. Enquanto o município do Rio de

Janeiro produz cerca de 7.200 toneladas/dia de resíduos, São Paulo produz o dobro,

cerca de 14.000 t/dia. Como parâmetro de comparação, a cidade de Nova York,

referência no modelo de consumo mundial, produz, com uma população semelhante à

do Rio de Janeiro, cerca de 25.000 t/dia de resíduos (FERREIRA, op. cit.).

Ainda, segundo SOARES (1999):

"O lixo reproduz os valores de um grupamento social, sendo o reflexo de

suas atividades cotidianas, demonstrando, em sua composição, o grau de

desenvolvimento deste grupo".

Tendo em vista o grau de evolução da sociedade e dos recursos disponíveis para

a aplicação, existem diversas formas de tratamento e disposição final do lixo.

Os problemas de destinação final poderiam em parte ser resolvidos se existissem

bons aterros sanitários. Dentro das condições econômicas e de capacitação técnica

disponíveis em países como o Brasil, a solução mais viável para o destino do lixo são os

aterros sanitários.

4.2 - Definição dos Resíduos Sólidos

Para definir lixo, ou resíduos sólidos, existem diversas formas e pontos de vista

para fazê-lo e, em geral, são definidos de acordo com a conveniência e preferência de

cada um.

“Tudo o que não presta e que se joga fora”, assim o dicionário da língua

portuguesa começa a explicação da palavra lixo. E continua: “Coisas inúteis, velhas,

sem valor” (FERREIRA ABH, 1997).

É comum definir lixo como “todo e qualquer resíduo resultante das atividades

diárias do homem na sociedade. Estes resíduos são, basicamente, sobras de alimentos,

28

papéis, papelões, plásticos, trapos, couros madeiras, latas, vidros, lamas, gases, vapores,

poeiras, sabões, detergentes e outras substâncias descartadas de forma consciente”.

Pode-se dizer, ainda, que resíduos sólidos “são os restos das atividades humanas,

consideradas pelos geradores como inúteis, indesejáveis ou descartáveis” (IPT/

CEMPRE, 2000).

A definição de resíduos sólidos no Brasil adotada pela norma brasileira NBR-

10004/ 87 e citado na Resolução CONAMA Nº. 5, de 05 de agosto de 1993, é definido

como:

“Resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de

comunidade de origem: Industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de

serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de

sistemas de tratamentos de água, aqueles gerados em equipamentos, instalações de

controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem

inviável seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d’água, ou exijam para

isso soluções técnica economicamente inviáveis, em face à melhor tecnologia

disponível.”

4.3 – Classificação do Lixo O lixo pode ser classificado de diversas formas como, por exemplo:

� Por sua natureza física: seco e molhado;

� Por sua composição química: matéria orgânica e matéria inorgânica;

� Pelos riscos potenciais ao meio ambiente: perigosos, não-inertes e inertes

(ABNT, 2004 - 4.2, a e b), conforme mostrado no Quadro 4.1.

Quadro 4.1 – Classificação dos resíduos sólidos quanto à periculosidade.

Classe de Risco Característica

Classe I (Perigosos)

Apresentam risco à saúde pública e ao meio ambiente, caracterizando-se por possuir uma ou mais das seguintes propriedades: inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenecidade.

Classe IIA (Não-inertes)

Podem ter propriedades como: combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade em água, porém, não se enquadram como resíduo classe I ou IIB.

Classe IIB (Inertes)

Não tem nenhum constituinte solubilizado em concentração superior ao padrão de potabilidade de água.

Fonte: ABNT - NBR 10004 (2004).

29

Outra forma de se classificar o lixo é quanto sua origem, desta forma sua

classificação (sugerida pelo CEMPRE) é apresentada desta maneira:

� Lixo Domiciliar

Aquele originado na vida diária das residências, constituído por restos de

alimentos, produtos deteriorados, jornais e revistas, garrafas e embalagens, papel

higiênico e fraldas descartáveis, ou ainda uma infinidade de itens domésticos.

� Lixo Comercial

É aquele originado nos estabelecimentos comerciais e de serviços, como

supermercados, bancos, lojas, bares, restaurantes, etc. O lixo destes estabelecimentos

tem um forte componente de papel, plástico, embalagens diversas e material de asseio,

como papel-toalha, papel higiênico, etc.

� Lixo Público

São aqueles originados dos serviços de limpeza pública urbana, incluídos os

resíduos de varrição das vias públicas, limpeza de praias, de galerias, córregos e

terrenos baldios, podas de árvores, etc. Fazem parte ainda desta classificação a limpeza

de locais de feiras livres ou eventos públicos.

� Lixo Hospitalar

Constituídos de resíduos sépticos que contém ou potencialmente podem conter

germes patogênicos. São produzidos em serviços de saúde, como hospitais, clínicas,

laboratórios, farmácias, clínicas veterinárias, postos de saúde, etc. Este lixo é

constituído de agulhas, seringas, gazes, bandagens, algodões, órgãos e tecidos

removidos, meios de cultura, animais usados em teste, sangue coagulado, remédios,

luvas descartáveis, filmes radiológicos, etc.

30

� Lixo Especial

É o lixo encontrado em portos, aeroportos, terminais rodoviários ou ferroviários.

Constituído de resíduos sépticos, pode conter agentes patogênicos oriundos de um

quadro de epidemia de outro lugar, cidade, estado ou país. Estes resíduos são formados

por material de higiene e asseio pessoal, restos de alimentação, etc.

� Lixo Industrial

É aquele originado nas atividades industriais, dentro dos diversos ramos

produtivos existentes. O lixo industrial é basicamente variado e pode estar relacionado

ou não com o tipo de produto final da atividade industrial. É constituído por resíduos de

cinzas, óleos, lodo, substâncias alcalinas ou ácidas, escórias, corrosivos, etc.

� Lixo Agrícola

Resíduos sólidos das atividades agrícolas e da pecuária, como, por exemplo,

embalagens de adubos e agrotóxicos, defensivos agrícolas, ração, restos de colheita, etc.

Em várias regiões do mundo, este tipo de lixo vem causando preocupação crescente,

destacando-se as enormes quantidades de esterco animal gerados nas fazendas de

pecuária intensiva. Também as embalagens de agroquímicos diversos, em geral tóxicos,

têm estado na mira das legislações específicas.

4.4 – Conhecimento do Lixo Municipal

É necessário ter um conhecimento do lixo municipal de suas características, pois

existem vários fatores que são influenciantes na caracterização do lixo, tais como:

� Número de habitantes;

� Poder aquisitivo;

� Condições climáticas;

� Hábitos e costumes;

� Nível educacional.

31

A influência dos fatores citados pode ser expressa pela quantidade de lixo

gerada, pela sua composição física e parâmetros físico-químicos, todos indispensáveis

ao correto prognóstico de cenários futuros (Quadro 4.2).

Quadro 4.2 - Informações necessárias ao planejamento do gerenciamento do lixo

municipal.

Os fatores de geração consistem, basicamente, na taxa de geração por habitantes e

o nível de atendimento dos serviços públicos do município.

A composição física do lixo é obtida pela determinação do percentual de seus

componentes mais comuns, tais como vidro, plástico, metais e outros.

Parâmetros Descrição Importância

Taxa de geração por habitantes

(kg/habitante.dia)

Quantidade de lixo gerada por habitante num período de tempo especificado; refere-se aos volumes efetivamente coletados e à população atendida.

Fundamental para o planejamento de todo o sistema de gerenciamento do lixo, principalmente no dimensionamento de instalações e equipamentos.

Composição física

Referem-se às porcentagens das várias frações do lixo, tais como papel, papelão, madeira, trapo, couro, plástico duro e mole, matéria orgânica, metal ferroso, metal não ferroso, vidro, borracha e outros.

Ponto de partida para estudos de aproveitamento das diversas frações e para compostagem.

Densidade aparente Relação entre a massa e o volume do lixo; é calculada para diversas fases do gerenciamento do lixo.

Determina a capacidade volumétrica dos meios de coleta, transporte, tratamento e disposição final.

Umidade Quantidade de água contida na massa de lixo

Influencia a escolha de tecnologia de tratamento e equipamentos de coleta. Tem influência notável sobre o poder calorífico, densidade e velocidade de decomposição biológica dos resíduos sólidos.

Teor de materiais combustíveis e incombustíveis

Quantidade de materiais que se prestam à incineração e de materiais inertes.

Juntamente com a umidade, informa, de maneira aproximada, sobre as propriedades de combustibilidade dos resíduos.

Poder calorífico

É a quantidade de calor gerada pela combustão de 1 kg de lixo ou resíduo misto (e não somente dos materiais facilmente combustíveis).

Avaliação para instalação de incineração.

Composição química Normalmente são analisados nitrogênio, fósforo, potássio, enxofre, carbono, relação carbono e nitrogênio (C/N), pH e sólidos voláteis.

Definição da forma mais adequada de tratamento (sobre tudo compostagem) e disposição final. Vários outros elementos que atuam como agentes inibidores/ catalisadores nos diversos tipos de tratamento, também podem ser analisados.

Teor de matéria orgânica

Quantidade de matéria orgânica contida no lixo ou resíduo sólido. Inclui matéria orgânica não-putrescível (papel, papelão, etc.) e putrescível (verduras, alimentos, etc.)

Avaliação da utilização do processo de compostagem. Avaliação do estágio de estabilização do lixo aterrado.

Fonte: IPT, 2000)

32

Parâmetros físicos são expressos por características como umidade, densidade e

poder calorífico dos resíduos (lixo), enquanto os parâmetros químicos, pelos teores dos

elementos químicos (C, S, N, K e P) presentes nos resíduos.

Quadro 4.3 - Estimativa da Quantidade de Lixo Gerada

Fonte: IPT, 2000

4.5 - Composição do Lixo Sua composição é bastante variada ao longo de seu percurso pelas unidades de

gerenciamento do lixo, desde a geração até o destino final, bem como ao longo do

tempo (Quadro 3).

No início da caracterização, é comum observar as condições da zona urbana,

tentando identificar qual o método mais adequado a ser usado. Depois disso, deverá ser

definido o objetivo da caracterização, pois pra cada necessidade, varia as análises, como

também a metodologia de amostragem.

Tabela 4.1 – Variação na composição dos resíduos sólidos em São Paulo

Objetivo: Dá um prognóstico quanto à quantidade de lixo gerada no município. A – População atual (habitantes); B – Geração per capita de lixo (kg/habitante.dia), obtida de processos de amostragem; C0 – Nível de atendimento atual dos serviços de coleta de lixo (%); D – Taxa de crescimento populacional (%); E – Taxa de incremento da geração per capita de lixo (%); Ct – Nível de atendimento dos serviços de coleta de lixo após n anos (%); n – intervalo de tempo considerado (anos). Estimativas: � Geração atual: A x B x C0 (kg/dia); � Geração futura: {[A x ((1+Dn))] x [B x ((1+E)n)] x Ct } (kg/dia)

Tipo de Material Ano

1927 1947 1965 1969 1972 1989 1990 1993 1998

Papel e papelão 13,4 16,7 16,8 29,2 25,9 17,0 29,6 14,43 18,8

Trapo de couro 1,5 2,7 3,1 3,8 4,3 - 3,0 4,52 3,0

Plástico - - - 1,9 4,3 7,5 9,0 12,08 22,9

Vidro 0,9 1,4 1,5 2,6 2,1 1,5 4,2 1,10 1,5

Metal e lata 1,7 2,2 2,2 7,8 4,2 3,25 5,3 3,24 3,0

Matéria orgânica 82,5 76,0 76,0 52,2 47,6 55,0 47,4 64,43 69,5

Fonte: PROEMA (1994), São Paulo (1992).

33

Ao se iniciar a amostragem pra determinação da composição física dos resíduos,

dados devem ser levantados referentes ao sistema de limpeza pública, como o número

de setores de coleta, freqüência de coleta, características dos veículos coletores (tipo,

número, capacidade, etc.), distância aos locais de tratamento e disposição final e

quantidade dos resíduos gerados.

Certos fatores também devem ser considerados, pois interferem na composição

física dos resíduos e na representatividade da amostragem, tais como: aspectos de

sazonalidade e climáticos; influências regionais e temporais (com flutuações na

economia).

O objetivo da amostragem de caracterização dos resíduos é a obtenção de uma

amostra representativa, ou seja, a coleta de uma parcela do resíduo a ser estudado que,

quando analisada apresente as mesmas características e propriedades de sua massa total.

As figuras a seguir mostram a composição física média e as formas de

gerenciamento do lixo municipal em alguns países, como uma maneira de se comparar

cada situação apresentada.

Fonte: IPT, 2000 Figura 4.1 - Composição percentual média de lixo domiciliar em alguns países.

Brasil

16,2%24,5%

1,6%

2,3%2,9%

52,5%

Papel /Papelão PlásticoVidro Metal Outros Matéria Orgânica

Japão

49,5%

2,5%

40,0%

7,0% 1,0%

0,0%

Europa

28,1%

9,7%9,2% 9,8%

7,2%

36,0%

Estados Unidos

0%

10%

44%

34%

7%5%

LEGENDA

(a) (b)

(c) (d)

34

Inglaterra

0%1,0%

3,5%

30% 34,5%

LEGENDA

Fonte: IPT, 2000 Figura 4.2 – Geração anual e formas de gerenciamento de resíduos em alguns

países desenvolvidos (dados em milhões de t/ano)

Alemanha

25,8%

2,5%0,8%

10%

12,5%

França

9,5%

1,5%3% 1,5%

15,5%

Holanda

1,4%0,6%3,5%

6% 11,5%

(e) (f)

(g) (h)

35

Nas figuras abaixo são mostrados dados de composição física média do lixo municipal

em cidades brasileiras (sistema de coleta tradicional).

LEGENDA

Fonte: IPT, 2000 Figura 4.3 – Composição percentual média de lixo domiciliar

Porto Alegre

9,0%

9,2%

55,0%

4,7%

22,1%

Rio de Janeiro

54,6%

2,8%3,7%

16,8%

22,2%

São Paulo

53,8%

1,5%3,0% 22,9%

18,8%

Salvador

2,9%

3,7%

17,1%

16,2%

60,2%

(i) (j)

(k) (l)

36

4.6 – Tratamento e Disposição Final do Lixo

Corroborando a Agenda 21, visando o desenvolvimento sustentável, o

gerenciamento do lixo deve ser feito de modo integrado, através de um diagnóstico da

administração municipal dos serviços de limpeza, do tratamento e da disposição final,

com uma fase independente para os lixos de serviços de saúde e hospitalar (IPT, 1995).

No Brasil de cada 100 habitantes, 75 moram em cidades e o restante na zona rural.

Esta migração crescente da zona rural para as grandes cidades desequilibra o

gerenciamento do lixo, forçando as prefeituras a correrem contra o tempo em

disponibilizar lugares para disposição correta do lixo urbano. Estatisticamente a

disposição final do lixo no Brasil está assim representada:

Figura 4.4 – Destinação final do lixo no Brasil

O resultado da desproporção entre a disposição correta do lixo faz com que grande

parte dele não seja coletada, permanecendo nos logradouros ou sendo descartado em

lugares públicos, terrenos baldios, encostas ou cursos de água. O lixo destinado de

forma errada é prejudicial para o meio ambiente. Veja a seguir quanto tempo à natureza

leva para biodegradar alguns materiais presentes na composição do lixo, quando há

condições favoráveis para este processo de decomposição:

Fonte: IBGE, 2000

Unidades de destinação final do lixo

53%

1%16%

13%

7%2%5%3%

Vazadouro a céu aberto(lixão)Vazadouro em áreasalagadasAterro controlado

Aterro sanitário

Aterro de resíduosespeciaisUsina de compostagem

Usina de reciclagem

Incineração

37

Quadro 4.4 – Tempo de decomposição dos resíduos sólidos na natureza.

RESÍDUOS TEMPO DE DECOMPOSIÇÃO

Jornais 2 a 6 semanas

Embalagens de papel 1 a 4 meses

Guardanapos 3 meses

Pontas de cigarro 2 anos

Palito de fósforo 2 anos

Chicletes 5 anos

Casca de frutas 3 meses

Náilon 30 a 40 anos

Copinhos de plástico 200 a 450 anos

Latas de alumínio 100 a 500 anos

Tampinhas de garrafa 100 a 500 anos

Pilhas e baterias 100 a 500 anos

Garrafas de vidro ou plástico Mais de 500 anos

Fonte: Grippi (2001)

A disposição final do lixo é a última fase de um sistema de limpeza urbana, sendo

que esta etapa é efetuada logo após a coleta. Em alguns casos, visando melhores

resultados econômicos, sanitários e ou ambientais, o lixo é principalmente processado

para depois ser disposto ao local apropriado (CPU / IBAM, 1998).

Quando o processamento tem por objetivo fundamental a diminuição dos

inconvenientes sanitários ao homem e ao meio ambiente, então se pode dizer que o lixo

foi submetido a um tratamento. Há várias formas de processamento e disposição final

aplicáveis ao lixo urbano, sendo descritas a seguir:

4.6.1 - Compactação

Trata-se de um tipo de processamento que reduz o volume inicial de lixo de 1/3 a

1/5, favorecendo o seu posterior transporte e disposição final. Isto pode se dar nas

estações de transferência.

38

4.6.2 - Trituração

Consiste na redução da granulometria dos resíduos através de emprego de

moinhos trituradores, objetivando diminuir o seu volume e favorecer o seu tratamento

e/ou disposição final.

4.6.3 - Incineração

Este processo visa a queima controlada do lixo em fornos projetados para

transformar totalmente os resíduos em material inerte, propiciando também uma

redução de volume e de peso. Em princípio parece excelente, porém há uma

desvantagem, que é o custo elevado de instalação e operação, além dos riscos de

poluição atmosférica, quando o equipamento não for adequadamente projetado e/ou

operado.

4.6.4 - Compostagem

É um método utilizado para decomposição de material orgânico existente no lixo,

sob condições adequadas, de forma a se obter um composto orgânico para utilização na

agricultura. Apesar de ser considerado um método de tratamento, a compostagem

também pode ser considerada como um processo de destinação do material orgânico

presente no lixo. Possibilita enorme redução da quantidade de material a ser disposto no

aterro sanitário, para onde vai somente o que for rejeitado no processamento.

4.6.5 - Reciclagem

Este processo constitui importante forma de recuperação energética, especialmente

quando associado a um sistema de compostagem. Apenas alguns componentes do lixo

urbano não podem ser aproveitados. É o caso de louças, pedras e restos de aparelhos

sanitários, que até o momento, pelo menos, não tem nenhum aproveitamento

econômico. Outros são considerados resíduos perigosos, como restos de tinta e pilhas,

por exemplo, e devem ser separados para evitar a contaminação do composto.

39

Dependendo das características regionais, a reciclagem pode representar um fator

importante de redução de custos dentro do sistema de limpeza urbana. A reciclagem dos

materiais recuperáveis no lixo urbano tem cada vez maior aceitação no mundo. As

vantagens econômicas, sociais, sanitárias e ambientais sobre os outros métodos são

evidentes.

4.6.6 - Lixão

Segundo o IPT (op. cit.), lixão é uma forma inadequada de disposição final de

resíduos sólidos, que se caracteriza pela simples descarga sobre o solo, sem medidas de

proteção ao meio ambiente ou à saúde pública. Os resíduos assim lançados acarretam

problemas à saúde pública, como proliferação de vetores de doenças (moscas,

mosquitos, baratas, ratos, etc.), geração de maus odores e, principalmente, a poluição do

solo e das águas superficiais e subterrâneas através do chorume (líquido de cor preto,

mal cheiroso e de elevado potencial poluidor produzido pela decomposição da matéria

orgânica contida no lixo), comprometendo os recursos hídricos.

Acrescenta-se a esta situação o total descontrole quanto aos tipos de resíduos

recebidos nestes locais, verificando-se até mesmo a disposição de dejetos originados

dos serviços de saúde e das indústrias.

Comumente ainda se associam aos lixões fatos altamente indesejáveis, como a

criação de porcos e a existência de catadores os quais, muitas vezes, residem no próprio

local. A Figura 4.5 mostra o exemplo de um lixão.

40

Fonte: IPT, 1995

Figura 4.5 - Vazadouro ou Lixão

4.6.7 - Aterro Controlado

Segundo o IPT (op. cit.), é uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos

no solo, sem causar danos ou riscos à saúde pública e à segurança, minimizando os

impactos ambientais. Este método utiliza princípios de engenharia para confinar os

resíduos sólidos, cobrindo-os com uma camada de material inerte na conclusão de cada

jornada de trabalho.

Esta forma de disposição produz, em geral, poluição localizada, pois similarmente

ao aterro sanitário, a extensão da área de disposição é minimizada. Porém, geralmente

não dispõe de impermeabilização de base (comprometendo a qualidade das águas

subterrâneas), nem processos de tratamento de chorume ou de dispersão dos gases

gerados.

Esse método é preferível ao lixão, mas, devido aos problemas ambientais que

causa e aos seus custos de operação, é inferior ao aterro sanitário.

41

4.6.8 - Aterro Sanitário

O aterro sanitário é a forma de dispor o lixo sobre o solo, compactando-o com

trator, reduzindo-o ao menor volume permissível e recobrindo-o com camada de terra

compactada, na freqüência necessária (ao menos, diariamente), de modo a ocupar a

menor área possível.

Segundo SOARES (op. cit.), a técnica basicamente consiste na compactação dos

resíduos no solo, dispondo-o em camadas que são periodicamente cobertas com terra ou

outro material inerte, formando células, de modo a ter-se uma alternância entre os

resíduos e o material de cobertura.

Segundo FONSECA (1999), o principal objetivo do aterro sanitário é dispor os

resíduos sólidos no solo, de forma segura e controlada, garantindo a preservação do

meio ambiente, a higiene e a saúde pública. Mas, sem dúvida, os aterros também

servem para recuperar áreas deterioradas, tais como: pedreiras abandonadas, grotas,

escavações oriundas de extração de argila e areia e regiões alagadiças. Quando se tratar

de áreas para atender os dois objetivos citados, devem ser feitos estudos apropriados

para garantir as condições sanitárias do aterro e o não comprometimento do lençol

freático da área em questão.

Quando da construção de aterros sanitários, devem ser tomadas as seguintes

medidas:

- proteger as águas superficiais e subterrâneas de possível contaminação oriunda do

aterro, através de camada impermeabilizante e drenagem adequada;

- dispor, acumular e compactar diariamente o lixo na forma de células, trabalhando

com técnicas corretas para possibilitar o tráfego imediato de caminhões coletores,

equipamentos e para reduzir recalques futuros do local;

- recobrir diariamente o lixo com uma fina camada de terra de 20 cm (selo de

cobertura) para impedir a procriação de roedores, insetos e outros vetores e a

presença de catadores e animais a procura de materiais e alimentos;

- controlar gases e líquidos que são formados no aterro, através de drenos

específicos;

- manter os acessos internos e externos em boas condições, mesmo em tempo de

chuva;

- isolar e tornar indevassável o aterro e evitar incômodos à vizinhança.

A Figura a seguir mostra com mais detalhes um aterro sanitário.

42

Fonte: IPT, 2000 Figura 4.6 – Detalhes de um aterro sanitário.

A concepção do aterro sanitário como local de tratamento requer a avaliação das

alternativas e sistemas disponíveis. Nesse aspecto, podem-se distinguir quatro linhas

principais de tratamento nos aterros sanitários:

1) Digestão anaeróbia;

2) Digestão aeróbia;

3) Tratamento biológico e digestão semi-anaeróbia.

Digestão anaeróbia ( Nível do chorume) Digestão aeróbia Tratamento Biológico ( inoculação biológica)

Fonte: IPT, 2000

Figura 4.7 – Processos empregados no tratamento de resíduos sólidos

AR

O2 O2 O2 O2

43

4.6.8.1 - Tratamento por digestão anaeróbia

A digestão anaeróbia, pura e simples, é considerada apenas uma forma sanitária de

tratamento, já que a inertização do lixo (término das reações orgânicas, alcançando-se o

estágio de mineralização) poderá demorar dezenas de anos. Esta concepção tem sido

aplicada no Brasil e nos Estados Unidos.

4.6.8.2 - Tratamento por digestão aeróbia

A alternativa por digestão aeróbia tem sido indicada como a que traz as maiores

vantagens para decomposição do lixo. Esta forma de tratamento só não é usada de uma

maneira generalizada devido aos seus maiores custos diretos, comparada com anaeróbia.

A desvantagem no processo aeróbio reside na necessidade de fazer uma injeção de

ar na massa de lixo, onde são operados sistemas de controle e bombeamento, com

elevados custos.

As vantagens do processo aeróbio sobre o processo anaeróbio são mostradas no

quadro abaixo.

Quadro 4.5 – Vantagens do processo aeróbio sobre o anaeróbio

Fonte: IPT, 2000.

Fatores Vantagens

Percolado Menores níveis de DBO* e DQO**, facilitando

tratamentos finais destes líquidos. Formação de gases Não-formação de biogás.

Estabilização Decomposição mais rápida do lixo.

Drenagem de líquidos e gases Melhores condições de drenagem, beneficiando a

estabilidade mecânica dos aterros. *Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): medida de quantidade de oxigênio consumida pelos microorganismos durante a oxidação da matéria orgânica que está presente na água ou água residuária (percolado, no caso). Quanto maior o grau de contaminação maior será a DBO. **Demanda Química de Oxigênio (DQO): medida de quantidade de oxigênio consumida durante a oxidação química da matéria orgânica presente na água ou água residuária (percolado, no caso). Em geral, a DQO é maior que a DBO e nem sempre é possível correlacioná-las.

44

4.6.8.3 – Tratamento biológico

O tratamento biológico do lixo, como forma de aceleração do processo de

decomposição da matéria orgânica, tem sido objeto de estudos teóricos e acadêmicos.

Esta alternativa demanda tecnologia de processo relativamente complexa e controle

rigoroso em todas as suas faces, necessitando equipe especializada para operação.

O tratamento acelerado do lixo, mediante decomposição biológica em células-

reatoras, transforma a fração orgânica sólida do material alterado em líquidos e gases

que devem ser coletados e tratados. Ao final, se tem a possibilidade de reabertura das

células de lixo, segregação dos compostos orgânicos e destinação final dos resíduos

(inertes). Assim, o aterro sanitário transforma-se em um local para tratamento, podendo

ter, inclusive, o seu volume de resíduos minimizados, mediante técnicas separadoras de

recicláveis e disposição dos inertes em local específico.

Essa técnica tem sido empregada no continente Norte Americano e em alguns

países Europeus. No Brasil, os primeiros experimentos foram realizados na última

década, em dimensões e condições reais de operação. Os resultados destes experimentos

não tiveram bons progressos.

4.6.8.4 – Tratamento por digestão semi-anaeróbia

A concepção de digestão semi-anaeróbia é apresentada por uma corrente

tecnológica como alternativo ás dificuldades encontradas no processo aeróbio. Essa

concepção tenta eliminar as desvantagens de implantar e operar sistemas forçados de

insufladores de ar no lixo, adotando determinadas diretrizes de prevenção de projeto,

privilegiando sistemas de drenagens de gases e percolados e a aeração natural por

convecção.

Com isso, se consegue eliminar a principal desvantagem do processo aeróbio, que

é o custo, e absorvem-se todas as suas vantagens com pouco ou quase nenhum prejuízo

para o tempo de decomposição da matéria orgânica.

Esta alternativa tem sido empregada no lado oriental (Japão), podendo também ser

aplicada por meio de técnicas de aberturas das células, segregação dos materiais em

compostos orgânicos e inertes como no tratamento biológico. Contudo, deve-se estar

45

alerta para a grande diferença de materiais aterrados nesse País (com predomínio de

cinzas de incineração) em relação aos do Brasil. As condições de DBO dos nossos

percolados podem criar colmatação (entupimento por deposição de materiais) dos

sistemas de drenagem submetidos à entrada de ar, devendo ser previstas soluções de

projeto.

Definindo-se a concepção mais adequada ao caso em análise (desde que estejam

de acordo com as orientações do Órgão Estadual de Controle da Poluição Ambiental -

OECPA), inicia-se à elaboração do projeto do aterro sanitário para o local selecionado,

onde serão definidas as diversas instalações, sistemas e esquemas de operação

necessários.

4.7 – Aterramento dos Resíduos Sólidos Urbanos

O processo de aterramento dos resíduos pode ser executado de três formas

tradicionalmente empregadas:

- Método da trincheira ou vala;

- Método da rampa;

- Método da área.

� Método da Trincheira ou vala� Consiste no abrimento de valas, onde o lixo a

ser disposto, compactado e posteriormente coberto com solo. As valas podem

ser de pequena (operação manual) ou de grandes dimensões (permiti-se a

entrada de equipamentos de grande porte em seu interior);

� Método da rampa� Conhecido também como o método da escavação

progressiva, é fundamentado na escavação da rampa, onde o lixo é disposto e

compactado pelo trator e posteriormente coberto com solo. É geralmente

empregado em áreas de meia encosta, onde o solo natural ofereça boas

condições para ser escavado e, de preferência, possa ser utilizado como

material de cobertura.

Este método é o mais utilizado, devido os resíduos serem adensados em

taludes com certa inclinação e cobertos por uma camada de argila diariamente.

A compactação inclinada em sentido ascendente tende a aumentar a densidade

dos resíduos favorecendo o processo de decomposição biológica. De certa

46

maneira, a cobertura diária dos resíduos favorece a atividade anaeróbia pelo

fato de reduzir a penetração de ar no aterro.

A compactação em rampa em sentido ascendente vem sendo adotada com

grande sucesso desde a década de 60, por ser um método que vem favorecendo

a decomposição e o adequamento da atividade microbiana anaeróbia no meio.

O adensamento dos resíduos associado à cobertura diária permitem o

surgimento de um ambiente inicial favorecendo a fase de aclimatação das

bactérias, ou como conhecida “fase lag”. Em geral, a fase de aclimatação é

considerada uma fase crítica, observando-se um retardamento no crescimento

dos microorganismos, influenciando o processo de decomposição dos

resíduos.

� Método de área� Este método é utilizado na maioria das vezes em locais cuja

topografia é plana e o lençol freático é raso (nível bem baixo).

A opção por um desses métodos vai depender de certos fatores, como as

características físicas e geográficas da área e do volume de lixo a ser disposto.

As Figuras mostram os métodos utilizados para o aterramento dos resíduos.

Fonte: IPT, 1996

Figura 4.8.a – Método de Trincheira

47

Fonte: IPT, 1996

Figura 4.8.b – Método de Rampa

Fonte: IPT, 1996

Figura 4.8.c – Método de Área

48

4.8 – Densidade dos Resíduos e Produção de Gás

Estudos relacionados a este campo, são poucos os que comprovam a influência da

compactação dos resíduos no processo de decomposição, porém não deixando de ser

comentada já que é de grande importância.

Segundo Buivid (1980), a verificação feita em estudos de laboratório mostrou que

ocorria um ligeiro aumento na produção de gás relacionado ao aumento da densidade. A

tabela 3.2 mostra os resultados obtidos dos testes de laboratório a seguir.

Tabela 4.2 – Produção de gás em aterro versus compactação

Fonte: Lima, L.M.Q. (2002)

Estes dados de Buivid foram obtidos em escala de laboratório, em que se

manteve o processo a uma temperatura constante de 37º C por um período de 90 dias.

JEWELL (1980), também em escala de laboratório, realizou estudos sobre o efeito

da densidade no processo de decomposição, observando, após 150 dias, que os

lisímetros com maior grau de compactação possibilitaram reduzir o teor de sólidos

voláteis em 36,9%, enquanto os lisímetros menos densos reduziram 33,2% do teor de

sólidos voláteis.

LIMA (1986), realizando estudos em escala real, pode verificar a ocorrência do

aumento da velocidade no processo de digestão e um acentuado aumento na fração

molar do gás metano devido ao aumento da altura da célula de lixo. Células com altura

de 5,00 metros, sobrepostas, conseguem produzir gás mais rapidamente do que células

isoladas. A experiência realizada na cidade de São Paulo, litoral Paulista, atenta ao fato

das células não ultrapassarem a altura de 2,00 metros, tornando-se insignificante a

produção de gás metano, justificando a suposição de que, quanto maior for a altura da

célula, ou seja, seu grau de adensamento ou compactação, maior será a produção de gás.

Densidade (kg/m3) Sólidos Voláteis

Destruídos (%)

CH4 Produzido

(m3/kg de S.V)

148 50 0,21

178 52 0,21

207 64 0,27

237 60 0,25

49

4.9 – Drenagem de Biogás e Percolado da Massa de Lixo

São abertas valas na massa de lixo com uso de equipamento adequado (retro-

escavadeira), para a instalação de drenos de percolados e biogás.

As drenagens de líquidos percolados são direcionadas a um tanque de acumulação

para início das operações de tratamento. O volume e as características do tanque serão

definidos em projeto, bem como o tipo de tratamento a ser adotado para o percolado.

Para o dimensionamento do sistema de drenagem é fundamental conhecer a vazão a ser

drenada e as condicionantes geométricas da massa de lixo (resíduos sólidos). A

concepção de um sistema de drenagem para percolados dependerá da alternativa de

tratamento adotada para o aterro, podendo esse sistema está associado ao sistema de

drenagem dos gases.

Basicamente, os drenos usados para a coleta e transporte de líquidos percolados

são constituídos por linhas de canaletas escavadas diretamente no solo, ou sobre a

camada de aterro impermeabilizante, e preenchidas com material filtrante.

O sistema de drenagem de líquidos percolados para aterros em trincheiras ou valas

de pequenas dimensões, via de regra, não tem sido feita uma previsão para esse tipo de

estrutura. Se as valas forem abertas com dimensões adequadas (sobretudo nas estações

chuvosas) e os solos utilizados (para base do aterro e cobertura) com suas respectivas

especificações, o volume de líquidos percolados gerados seria pequeno, podendo o

sistema ser até dispensado pela OECPA (op. cit.).

O sistema de drenagem de gases (biogás) tem a função de drená-los por originar

da decomposição biológica da matéria orgânica, evitando com isso sua migração através

de meios porosos que constituem o subsolo, podendo se acumular em redes de esgoto,

fossas, poços e sob edificações (internas e externas ao aterro sanitário).

A migração do biogás deve ser controlada pela execução de rede de drenagem

adequada, colocados em pontos determinados no aterro. Esses drenos atravessam todo o

aterro no sentido vertical, partindo do sistema de impermeabilização da base até acima

da cota de piso da camada de cobertura. A Figura 4.9 mostra o dreno de gás acima da

cota de piso do aterro.

50

Fonte: CTR Nova Iguaçu, 2003 Figura 4.9 – Dreno de Gás do Aterro de Nova Iguaçu

Associados aos drenos verticais estão os drenos horizontais e subverticais

projetados para facilitar a drenagem e tornando-a mais eficiente na massa de lixo. Esses

drenos podem ser interligados ao sistema de drenagem de percolados, a qual irá

depender da alternativa de solução de tratamento adotada para aterro sanitário.

Os drenos de biogás nos aterros sanitários, geralmente são constituídos por linhas

de tubos perfurados, sobrepostos e envoltos por uma camisa de brita (de espessura

aproximadamente igual ao diâmetro do tubo utilizado), atravessando verticalmente a

massa de resíduos aterrados, indo da base até a superfície superior constituindo uma

chaminé.

Um fator condicionante para o dimensionamento dos drenos é a vazão do gás a ser

drenada; porém, como não existem modelos de cálculos comprovados, normalmente os

drenos são construídos de maneira empírica, prevalecendo o bom senso de quem o

projeta.

É recomendado que se queime o gás que é emitido para atmosfera. Também pode

ser avaliada a possibilidade de recuperação energética, uma vez que o biogás apresenta

concentrações iniciais de metano na ordem de 40% (alguns meses após o aterramento),

Altura Variável

51

estabilizando-se em valores em torno de 60% a 65% (cerca de um a dois anos após

aterramento). Esses valores podem variar dependendo da composição dos resíduos e seu

tempo de degradação. O metano tem um poder calorífico de 5.800 kcal/Nm3.

Em caso de se construir aterro em valas, só será possível se as dimensões das valas

forem significativas, podendo ser executados drenos centrais e laterais, possibilitando a

exaustão dos gases. Já se for ao contrário, as valas com dimensões pequenas, não será

necessário à construção de sistemas especiais para drenagem dos gases, pois será

dispensado pela OECPA (op. cit.).

52

V - GÁS DE ATERRO (LANDFILL GÁS):

5.1 – Composição, Característica e Explosividade do Gás de Aterro

O gás de aterro é composto de vários gases que estão presentes em grandes

quantidades (gases principais) e de vários gases que estão presentes em pequenas

quantidades (oligogases). Os gases principais são procedentes da decomposição da

fração orgânica dos RSU. Alguns dos oligogases são encontrados em pequenas

quantidades, podendo ser tóxicos e por apresentarem riscos à saúde pública.

5.1.1 - Constituintes principais do gás de aterro

Os gases que são encontrados nos aterros incluem o amoníaco (NH3), o dióxido de

carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2), sulfeto de hidrogênio

(H2S), metano (CH4), nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). Nas tabelas 5.1.1 e 5.1.2 são

apresentadas às distribuições percentuais típicas dos gases que se encontra em um aterro

de RSU. Na tabela 5.1.3 são apresentados os dados sobre o peso molecular e a

densidade.

O metano e o dióxido de carbono são os principais gases procedentes da

decomposição anaeróbia dos componentes biodegradáveis dos resíduos orgânicos nos

RSU.

Tabela 5.1.1 – Constituintes típicos encontrados no gás de aterro de RSU*

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994) * A distribuição percentual exata variará segundo a idade do aterro.

Componentes Percentagem (base volume seco)

Metano 45–60

Dióxido de carbono 40–60

Nitrogênio 2–5

Oxigênio 0,1–1,0

Sulfetos, disulfetos, mercaptanos, etc. 0–1,0

Amoníaco 0,1–1,0

Hidrogênio 0–0,2

Monóxido de carbono 0–0,2

Constituintes em quantidades traçada 0,01–0,6

Características Valor

Temperatura 37–67 ºC

Densidade específica 1,02–1,06

Contido em umidade Saturado

Poder calorífico superior, Kcal/m3 890–1.223

53

Tabela 5.1.2 – Composição do biogás

Fonte: MENESES, LADY VIRGINIA TRALDI. Biogás: definição, fontes de geração, processamento, aplicação. Secretaria de Serviços e Obras. Departamento de Limpeza Urbana.

Divisão Técnica de Aterros Sanitários, 1988.

Tabela 5.1.3 – Peso molecular, densidade e peso específico dos gases encontrados no aterro controlado em condições padrão (0 ºC, 1 atm)

Gás Fórmula Peso molecular

(g)

Densidade

(g/l)

Peso específico

(kg/m3)

Ar 28,97 1,2928 1,293

Amoníaco NH3 17,03 0,7708 0,771

Dióxido de

carbono CO2 44,00 1,9768 1,977

Monóxido de

carbono CO 28,00 1,2501 1,250

Hidrogênio H2 2,016 0,0898 0,089

Sulfeto de

hidrogênio H2S 34,08 1,5392 1,539

Metano CH4 16,03 0,7167 0,717

Nitrogênio N2 28,02 1,2507 1,251

Oxigênio O2 32,00 1,4289 1,428

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994) Nota: Para um comportamento de gás ideal, a densidade é igual à mp/RT, donde m é o peso molecular do gás, p é a pressão, R é a constante universal dos gases, e T é a temperatura utilizando uma série de unidades consistente.

Quando o metano está presente no ar em concentrações entre 5 e 15%, é

explosivo. Como no aterro só estão presentes quantidades limitadas de oxigênio, quando

as concentrações de metano chegam a esse nível crítico, há pouco perigo de ocorrer uma

explosão no local. Contudo, podem ser formadas misturas de metano que estão dentro

do limite explosivo se o gás do aterro migrar e entrar em contato com o ar. A

concentração dos gases que podem escapar no lixiviado dependerá da concentração dos

mesmos no momento em que entra em contato com o lixiviado, esta se estima utilizando

a Lei de Henry.

Composição Química % V/V

Metano (CH4) 61,9

Dióxido de carbono (CO2) 36,7

Outros componentes 1,4

54

No que diz respeito ao dióxido de carbono, o mesmo têm influência sobre o pH do

lixiviado.

5.1.2 - Constituintes do gás de aterro em quantidades traçadas

A Junta para a Gestão Integral de Resíduos da Califórnia tem realizado um

programa extenso para realização de ensaios sobre gases de aterro, como parte de um

estudo para sua caracterização. Na Tabela 5.1.4 são apresentados dados resumidos sobre

as concentrações dos oligocompostos encontrados nas amostras de gases de aterro

procedentes de 66 aterros.

Tabela 5.1.4 Concentrações típicas de compostos em quantidades traço encontrados no gás de

aterro em 66 aterros de RSU em Califórnia

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994) *ppbV – partes por bilhão por volume

Concentração (ppbV*) Composto

Mediana Média Máxima

Acetona 0 6.838 240.000

Benzeno 932 2.057 39.000

Clorobenzeno 0 82 1.640

Clorofórmio 0 245 12.000

1,1-Dicloroetano 0 2.801 36.000

Diclorometano 1.150 25.694 620.000

1,1-Dicloroeteno 0 130 4.000

clorodietileno 0 2.835 20.000

tras-1,2-Dicloroetano 0 36 850

2,3-Dicloropropano 0 0 0

1,2-Dicloropropano 0 0 0

Brometo de etileno 0 0 0

Dicloroetileno 0 59 2.100

Óxido de etileno 0 0 0

Etilbenzeno 0 7.334 87.500

Metil-etil-cetona 0 3.092 130.00

1,1,2-Tricloroetano 0 0 0

1,1,1-Tricloroetano 0 615 14.500

Tricloroetileno 0 2.079 32.000

Tolueno 8.125 34.907 280.000

1,1,2,2-Tetracloroetano 0 246 16.000

Tetracloroetileno 260 5.244 180.000

Cloreto de vinila 1.150 3.508 32.000

Estirenos 0 1.517 87.000

Acetato de vinila 0 5.663 240.000

Xileno 0 2.651 38.000

55

Em outro estudo realizado pela Inglaterra, foram recolhidas amostras de gás em

três aterros diferentes e foram analisados 154 compostos. Encontraram-se um total de

116 compostos orgânicos no gás de aterro. Muitos dos compostos encontrados se

classificam como compostos orgânicos voláteis (COV). Os dados que são apresentados

na Tabela 5.1.4 são representativos de oligocompostos encontrados na maioria dos

aterros. A presença destes gases no lixiviado que se separa do aterro dependerá de suas

concentrações no gás de aterro quando se põe em contato com o lixiviado. Podem ser

estimadas as concentrações destes constituintes no lixiviado utilizando a lei de Henry,

como é mostrado no Anexo A. Há que ressaltar que a freqüência de concentrações

significativas de COV no gás de aterro está associada a aterros antigos, que aceitam

resíduos industriais e comerciais que contenham COV. Nos aterros mais modernos,

onde está proibida a disposição de resíduos perigosos, as concentrações de COV no gás

de aterro têm sido extremamente baixas.

5.1.3 - Comparação com outros gases

São mostradas na Tabela 5.1.5 as principais diferenças entre o biogás e os demais

tipos de gases combustíveis usuais.

Tabela 5.1.5 – Comparação entre os principais gases

BIOGÁS GÁS

NATURAL GLP GÁS DE RUA

GÁS DE

REFINARIA

ORIGEM Aterros

sanitários

Reservatórios

de petróleo e

de gás

Destilação de

petróleo e

processamento

de gás natural

Reforma termo-

catalítica de gás

natural ou de

nafta

petroquímica

Processos de

refino de

petróleo

PESO MOLECULAR 27 17 a 21 44 a 56 16 24

PODER CALORÍFICO 5.600

Rico: 10.900

Processado:

9.300

24.000 a 32.000 4.300 10.000

DENSIDADE

RELATIVA 0,923 0,58 a 0,72 1,5 a 2,0 0,55 0,82

PRINCIPAIS

COMPONENTES

Metano,

dióxido de

carbono e

hidrogênio

Metano e

etano

Propano e

butano

Hidrogênio,

metano,

nitrogênio,

monóxido de

carbono,

Hidrogênio,

nitrogênio,

metano, etano

Tipos de gás

Características

56

dióxido de

carbono

PRINCIPAIS

UTILIZAÇÕES

Industrial,

geração de

energia

elétrica e

automotivo

Residencial,

comercial,

automotivo, e

industrial

Residencial e

comercial

Residencial e

comercial Industrial

PRESSÃO DE

ARMAZENAMENTO

(kgf/cm2)

60 a 70 200 15 - -

Fonte: CONPET – PROGRAMA NACIONAL DA RACIONALIZAÇÃO DO USO DOS DERIVADOS DE PETRÓLEO E DO GÁS NATURAL, Rio de Janeiro, 1997, Gás natural.

5.1.4 - Explosividade dos Gases

O início de uma explosão começa com três principais elementos que constituem o

triângulo do fogo:

Fonte: Vianna, 1976

Figura 5.1.1 – Triângulo do Fogo

A explosão é uma combinação de três elementos básicos que são: o

combustível, o oxigênio presente no ar e o calor. A combinação desses três elementos,

nas devidas proporções, desencadeia uma explosão. Portanto, para ocorrer uma

explosão, é necessário existirem reunido combustível, ar e calor, ou seja, combustível,

oxigênio e temperatura de Ignição. A temperatura mínima de auto-ignição é uma

temperatura limite, a partir da qual uma mistura de um gás combustível e um

comburente se inflama espontaneamente, quer dizer, sem a presença de uma chama

piloto ou centelha.

57

Para que uma mistura dentro do campo de inflamabilidade (LEL e UEL) venha a

se inflamar, é necessária que esteja presente uma condição de ignição, como uma faísca

gerada por atrito ou eletricidade, chama ou temperatura acima do limite mínimo de

auto-ignição. As temperaturas mínimas de auto-ignição para os gases combustíveis mais

comuns, na pressão atmosférica, podem ser observadas na tabela a seguir:

Tabela 5.1.6 - Temperatura mínima de Auto-Ignição Gás Ar Oxigênio puro

Gás Natural** 580ºC 555ºC GLP 420º - 480ºC (*) 285º - 470ºC (*)

Hidrogênio 570ºC 560ºC Acetileno 305ºC 296ºC

Fonte: www.krona.srv.br (*) Varia segundo a composição. (**) As temperaturas do Gás Natural são as mesmas para o CH4

Isso significa que uma mistura de um gás combustível com um comburente poderá

se inflamar, apenas por estar submetida a uma temperatura a partir dos valores indicados

na tabela acima, sem a necessidade de uma centelha ou chama aberta.

A explosão pode ser representada simbolicamente pelo triângulo do fogo, como

mostrado anteriormente, cujos lados correspondem aos elementos que constituem o

fogo ou a explosão.

O gás de aterro pode formar uma mistura explosiva quando combinado com o

oxigênio em certas proporções.

A Figura 5.1.2 mostra a exibição de caminhos potenciais para o gás de aterro.

58

Fonte: ATSDR, 2005.

Figura 5.1.2 – Exibição de Caminhos Potenciais do Gás de Aterro

As seguintes condições do gás no aterro devem ser satisfeitas (landfill gás) para

que se haja risco de explosão:

a) Produção de gás: O aterro deve estar produzindo gás, e este gás deve conter

compostos químicos que devem estar presentes em quantidade suficiente para

levar à explosão.

b) Migração de gás: O gás deve estar apto a migrar pelo aterro. Tubos enterrados

ou a geologia natural subsuperfícial podem prover caminhos preferenciais para o

gás. Os sistemas de coleta e tratamento dos gases, se operado corretamente,

reduz a quantidade de gás que é capaz de escapar para fora do aterro.

c) Gás coletado em um espaço confinado: O gás deve estar concentrado em um

espaço confinado no qual pudesse, potencialmente, explodir. Um espaço

confinado pode ser: um buraco, um recinto residencial, ou um porão. A

concentração pra qual o gás tem potencial para explodir é definido em termos de

limites de explosividade inferior e superior (LEL – Lower Explosive Limit e

UEL – Uper Explosive Limit), como definido abaixo:

5.1.4.1 - Limites de Explosividade Inferior e Superior (LEL e UEL)

O nível de concentração pra qual o gás tem potencial para explodir é chamado de

limite de explosividade. O potencial para um gás explodir é determinado pelo limite de

59

explosividade inferior (LEL) e limite de explosividade superior (UEL). O LEL e UEL

são medidas de porcentagem de um gás no ar em volume. Para concentrações abaixo do

LEL e acima do UEL, o gás é considerado não explosivo. Contudo, um risco de

explosão pode existir se o gás estiver presente no ar entre o LEL e UEL mediante a

presença de uma fonte de ignição.

5.1.4.2 - Explosões de gás de aterro

Embora as explosões de gás de aterro sejam de modo algum comuns, o número de

incidentes conhecidos ou suspeitos de terem sido causados pelas explosões de gás de

aterro é documentado.

� Acidentes documentados devido à explosão do gás de aterro

Em 1999, uma menina de oito anos sofreu queimaduras em seus braços e pernas

quando brincava em um playground de Atlanta. A área foi, segundo a notícia, usada

como um depósito de lixo ilegal há muitos anos atrás. (Jornal-Constituição de Atlanta

1999);

Em 1994, durante um jogo de futebol em um parque construído sobre um aterro

em Charlotte, Carolina do Norte, uma mulher foi seriamente queimada pela explosão de

gás metano. (Observado em Charlotte 1994);

Em 1987, a migração do gás para fora da área do aterro é suspeito de ter causado a

explosão de uma residência em Pittsburg, Pensylvania. (EPA, 1991);

Em 1984, o gás de aterro migrou e destruiu uma casa perto do aterro em Akron,

Ohio. Dez casas foram temporariamente evacuadas. (EPA, 1991);

Em 1983, uma explosão destruiu uma residência do outro lado da rua afastada do

aterro em Cincinnati, Ohio. Ferimentos menores foram relatados. (EPA, 1991);

Em 1975, em Sheridan, Colorado, o gás de aterro ficou acumulado na tubulação

de drenagem de águas pluviais que corria através do aterro. A ocorrência de uma

explosão aconteceu quando várias crianças brincavam dentro da tubulação com uma

vela acesa, resultando em sérios ferimentos em todas as crianças.

Em 1969, O gás metano migrou de um aterro adjacente pra dentro de um porão

fechado em Winston-Salem, Carolina do Norte. A causa da explosão do gás foi um

cigarro aceso, ocasionando a morte de três homens e ferindo seriamente outros cinco.

60

5.1.4.3 - Faixas de gases que podem causar perigo de explosão

� Metano: O metano é um dos constituintes do gás de aterro que provavelmente causa o

maior perigo de explosão. O gás metano é explosivo entre o LEL de 5% em volume e

UEL de 15% em volume. As concentrações de metano dentro do aterro são

tipicamente 50% (muito mais alta do que o UEL), tornando improvável a explosão do

metano dentro dos limites do aterro. Enquanto o metano migra e é diluído, a mistura

de gás metano (CH4) pode estar em níveis de explosão. Além disso, o oxigênio é uma

componente chave para iniciar uma explosão, mas o processo biológico que produz

metano necessita de um ambiente anaeróbio, ou seja, um ambiente ausente de

oxigênio. À superfície do aterro, o oxigênio presente é suficiente para iniciar uma

explosão, mas o gás metano usualmente difunde-se no ar ambiente em concentrações

abaixo de 5% de LEL Dentro desta condição em causar perigo de explosão, o metano

pode migrar para fora do aterro e está presente entre LEL E UEL.

� Outros gases de aterro: Outros constituintes do gás de aterro são inflamáveis (e.g.,

amônia, sulfeto de hidrogênio, e NMOCs – Compostos Orgânicos Não-Metano).

Entretanto, por ser improvável que estes gases estejam em concentrações acima do

LEL, raramente causam perigos de explosão como gases individuais. Por exemplo, o

benzeno (um MNOC que pode ser encontrado no gás de aterro) é explosivo entre o

LEL de 1,2% e UEL de 7,8%. Todavia, concentrações de benzeno no gás de aterro são

muito improváveis de alcançar estes níveis. Se o benzeno for detectado no gás de

aterro em uma concentração de 2 ppb (ou 0,0000002% por volume de ar), então o

benzeno teria de ser coletado em um espaço fechado a uma concentração 6 milhões de

vezes maior que a concentração encontrada no gás de aterro para causar um perigo de

explosão.

A Tabela 5.1.7 mostra o potencial de perigos de explosão causados pelos

constituintes importantes do gás de aterro. Ressalta-se que o metano é o mais provável

constituinte do gás de aterro que pode levar a um risco de explosão. Outros constituintes

presentes no gás de aterro estão, improvavelmente, em concentrações bastante altas para

causar um perigo de explosão.

61

Tabela 5.1.7 – Potencial de perigo de explosão de componentes comuns do gás de aterro

COMPONENTE POTENCIAL CAUSADOR DE RISCO DE EXPLOSÃO

Metano (CH4)

É altamente explosivo quando misturado com o ar em

um volume entre 5% de LEL e 15% de UEL. Para

concentrações abaixo de 5% e acima de 15%, o

metano não é inflamável. Para alguns aterros, o

metano pode ser produzido em quantidades suficientes

para coleta no aterro ou estruturas próximas em níveis

de explosão.

Dióxido de Carbono (CO2) Não é inflamável ou explosivo.

Nitrogênio (N2) Não é inflamável ou explosivo.

Oxigênio (O2) Não é inflamável, porém para iniciar explosões é

necessário o oxigênio.

Amônia (NH3)

É inflamável. O LEL é 15% e o UEL é 28%. Contudo,

é improvável à coleta da amônia em uma concentração

bastante alta, por trazer um perigo de explosão.

NMOCs (Compostos Orgânicos

Não Metano)

Potencial de perigos de explosão varia pela química do

componente. Por exemplo, o LEL do benzeno é 1,2% e

o UEL é 7,8%. Contudo, o benzeno e outros NMOCs

sozinhos são improváveis de serem coletados em

concentrações altas o bastante para trazer perigos de

explosão.

Sulfeto de Hidrogênio ou Gás

Sulfídrico (H2S)

Este tipo de gás é inflamável. O LEL é 4% e o UEL é

44%. Contudo, em muitos aterros, é improvável de ser

coletado em concentrações altas o bastante para trazer

perigos de explosão.

Fonte: ATSDR, 2005.

5.1.4.4 - Avaliação de perigo de explosão causado por um aterro

Para se avaliar, utiliza-se o checklist, que pode ajudar a determinar se um aterro

pode trazer um perigo de explosão. Se sua evolução identifica o potencial de uma

explosão, ações severas devem ser tomadas para prevenir que algum dano atinja a

comunidade. Medidas e controles para prevenir de perigos de explosão são tomados

como ações de segurança e saúde pública.

62

CHECKLIST – Perigo de explosividade do gás de aterro Sim Não

O aterro está produzindo gás? Caso afirmativo, quanto?

Porque o metano e o dióxido de carbono são os principais componentes do gás de aterro e são compostos químicos que não possuem odor e cor, sendo necessário dados de monitoramento para responder esta questão.

Existe um sistema de coleta de gás de aterro no local?

O sistema de coleta reduz os níveis de migração de gás pra fora do aterro nas áreas envolta.

Está migrando gás pra fora do aterro?

O monitoramento de dados fora da área pode ser necessário para responder esta questão.

Se o gás está migrando para fora do aterro e estruturas são alcançadas, há

locais para coletar gás?

O escapamento incontrolado de gás para fora de um aterro pode migrar para estruturas sobre este mesmo aterro ou para área do entorno. Contudo, quanto mais afastada do aterro encontra-se esta estrutura, mas improvável torna-se a migração dos gases em concentração alta o suficiente para trazer perigo de explosão. Os lugares mais comuns para coletar gases são porões, espaços rastejantes, ou portos de serviços público enterrados na entrada. Residências com porões, especialmente aqueles com tubos ou rachadura no porão que permitiria a entrada do gás, são os lugares mais prováveis para coletar gás.

É coletado o gás em concentrações que são bastante altas para trazer perigo de

explosão?

O monitoramento de dados é necessário para responder esta questão. Precauções seriam usadas em selecionar o equipamento de amostragem para garantir que uma fonte de ignição não tenha sido introduzida na área.

Há alguma fonte de ignição?

Os gases podem ser inflamados por muitas fontes diferentes, por tal fornalha no

porão ou por uma chama piloto do fogão a gás. Outras fontes podem incluir velas,

palitos de fósforos, cigarros, ou uma faísca. Por existirem diversas fontes de ignição,

é mais seguro supor que o potencial para uma fonte de ignição está sempre presente.

Fonte: ATSDR, 2005.

5.2 - Geração de Gás (Landfill Gas) e Fatores de Geração

O LFG é gerado como resultado de processos físicos, químicos e microbiológicos

que ocorrem dentro do resíduo. Os processos microbiológicos governam o processo de

geração do gás devido à natureza orgânica da maioria dos resíduos (Christensen, 1989).

Esses processos são sensíveis ao meio-ambiente e, portanto, há numerosas condições

naturais e antrópicas que afetarão a população microbiológica e, dessa forma, a taxa de

produção do LFG. Estudos de curto prazo feitos em aterros de tamanho grande, usando

dados de testes de produção de LFG, indicam uma amplitude de produção de LFG entre

63

0,05 e 0,40 m3 de LFG por quilograma de resíduo instalado colocado num aterro (Ham,

1989). A massa de resíduo é responsável por tanto os materiais sólidos (75-80% da

massa) quanto à umidade (20-25% da massa). Esta porcentagem é uma função do

conteúdo orgânico do resíduo que é colocado no aterro. Esta quantidade de valores de

produção de LFG pode à primeira vista não parecer grande. No entanto, usando a

população base na LAC e o valor de combustível do LFG, a quantidade anual do

combustível de LFG é equivalente a dezenas de milhões de metros cúbicos de gás

natural cada ano. O típico gás natural apropriado a gasoduto tem aproximadamente o

dobro do valor de aquecimento ou conteúdo de combustível de um LFG típico.

A composição de resíduo é o fator mais importante na avaliação do potencial de

geração de LFG de um local. O volume potencial máximo de LFG é dependente da

quantidade e do tipo de conteúdo orgânico dentro da massa de lixo (Environment

Canadá, 1996) uma vez que os resíduos orgânicos em decomposição é a fonte de todo o

LFG produzido. Outros fatores que influenciam a taxa de produção de LFG incluem

teor de umidade; conteúdo dos nutrientes; conteúdo de bactéria; nível de pH;

temperatura; e os planos de operação e projeto específicos ao local. Os resíduos

produzidos na LAC têm tipicamente teor de umidade e material orgânico mais alto do

que a maioria dos resíduos norte-americano ou europeu e, portanto, se esperaria que

gerassem LFG a taxas mais altas ou equivalentes.

A umidade é o fator limitante primordial na taxa de decomposição de resíduo

(McBean et al., 1995; Reinhart, 1996). As condições de umidade dentro do aterro estão

associadas a muitos fatores. Os aterros são tipicamente construídos e enchidos em

padrão de camada seqüencial. Este fator é importante na compreensão de como a

umidade se move para dentro e através do resíduo. O efeito de camada tende a resultar

em características de fluxo substancialmente diferentes para o movimento de chorume e

infiltração de água no aterro. O controle do teor de umidade e de outros fatores que

influenciam a população microbiológica que produz o LFG pode ter um grande impacto

na porcentagem do LFG total potencial que é produzido, e a taxa em que é produzido. É

possível controlar de alguma forma a taxa de produção de LFG por meio de sistemas de

manejo de lixo. Aterros sanitários convencionais, como praticado na América do Norte

nas décadas de 1970 e 1980, geralmente é referido como tumbas secas porque o

enfoque assumido em seu projeto foi minimizar a água que contata o resíduo com o

intuito de minimizar incursões do chorume resultante para dentro do lençol freático. No

entanto, esta prática também limita a taxa de atividade anaeróbica dentro do lixo. A

64

tendência atual é no sentido de sistemas de Tecnologia de Biodigestor de Aterro

Sanitário (LBT-Landfill Bioreactor Technology), que aumentam o volume de água em

contato com o lixo, para rapidamente estabilizar os resíduos. Esta técnica pode produzir

grandes taxas iniciais de geração de LFG ao mesmo tempo em que diminui agudamente

a sua taxa de geração depois de alguns anos.

Para o objetivo de uma caracterização de local inicial, a produção de LFG pode ser

simplificada como uma função do tamanho e idade do volume de resíduo, tipo de

resíduo e conteúdo de umidade. O volume dos gases de estufa liberados é diretamente

proporcional ao potencial de geração de LFG. É também relevante a outros impactos

potenciais como queixas de mau cheiro e situações de perigo. Em geral, quanto mais gás

for produzido, é mais alta a probabilidade de que questões de saúde, segurança e

incômodo odorífero serão levantadas, e igualmente importantes, que exista utilização de

LFG economicamente viável.

A Figura 5.2.a proporciona um método de caracterização de um local com base em

seu potencial de produção de LFG. O primeiro passo é determinar o fator de ajuste na

tonelagem com base na composição de resíduo. Este fator de correção dá conta da

proporção de resíduos inertes no aterro, que não produzirão LFG, e a proporção de

resíduos industriais, comerciais e/ou institucionais (ICI) no aterro que produzirão menos

LFG do que resíduos domésticos típicos. O fator de ajuste é determinado a partir de um

diagrama triangular mostrado na Figura 5.2.a com base na proporção de tipos de

resíduos que existam ou serão aceitos no aterro. A capacidade de aterro é multiplicada

pelo fator de ajuste de tonelagem para determinar a capacidade de local ajustada.

65

Figura 5.2.a - CARACTERIZAÇÃO PRELIMINAR DO LFG LOCAL.

O aterro é então classificado como seco ou molhado. Um aterro seco terá uma

decomposição mais lenta do que um aterro molhado, o que acarreta em taxa de

produção de LFG mais baixa, e o tempo de produção mais demorado. Alguns dos

fatores que influenciam o teor de umidade de um aterro incluem a precipitação e a

temperatura no local, tipo de cobertura de aterro, condição de cobertura (isto é,

irregular, íntegra), tipo de sistema de coleta de chorume, e tipo de base de aterro ou

alinhamento natural. A classificação do local como seco ou molhado é principalmente

uma função da quantidade de precipitação que se infiltra na massa de lixo. Um enfoque

conservador para classificar um local como molhado ou seco se baseia na média anual

das precipitações. Um aterro em que uma porção significativa do resíduo esteja

localizada dentro de um nível de lençol freático/chorume deveria ser considerado

também como um local molhado. Para discussão geral, locais situados em áreas com

menos de 500 mm/ano serão classificados como locais relativamente secos, mais de 500

e menos do que 1000 mm/ano como locais relativamente molhados, e locais situados

em áreas com mais de 1000 mm/ano como locais molhados. Na América Latina e

Fonte: MAUAL DE PREPARAÇÃO DE GÁS DE ATERRO PARA PROJETOS DE ENERGIA (BANCO MUNDIAL).

66

Caribe (LAC), a maioria dos aterros é considerada como local relativamente molhado

ou totalmente molhado. Discussão mais aprofundada sobre a importância deste aspecto

relacionado aos locais da LAC será proporcionada com o debate sobre modelagem e as

designações de parâmetros aplicáveis.

A capacidade de local ajustada está localizada no eixo esquerdo da tabela de

aterro úmido ou seco. Isto enfoca o efeito que o tamanho do local (pequeno, médio,

grande) tem na produção de gás. O status atual do enchimento do local está situado no

eixo de baixo. Isto é definido como a porcentagem com que o local é preenchido ou o

número de anos desde o fechamento do local. Isso enfoca a idade do local.

A produção de LFG é determinada pela interseção da capacidade do local

ajustada e a condição atual de preenchimento. A produção de LFG é categorizada como

“alta”, “media” ou “baixa”. Cada categoria é delineada por números que indicam um

nível crescente de severidade dentro da categoria. A produção máxima de LFG ocorre

tipicamente dentro de dois anos de fechamento do local se o local tiver tido um

cronograma de enchimento anual bastante uniforme. É importante considerar o

potencial de produção futura de LFG na avaliação e planejamento da necessidade de

controles de LFG. A Figura 5.3.a demonstra que a produção de LFG de um local

aumenta à medida que ele é preenchido e, daí, lentamente declina depois do fechamento

do local.

Outros assuntos relacionados à produção de LFG, que são de preocupação,

incluem o perigo de migração subsuperficial do LFG e o impacto do LFG sobre a

qualidade do ar.

Os fatores primários que influenciam a distância com que o gás migra desde os

resíduos até os solos adjacentes são a permeabilidade do solo adjacente ao aterro e o

tipo de cobertura de superfície de terra ao redor do aterro. Geralmente, quanto maior for

à permeabilidade do solo adjacente ao aterro, maior será à distância de migração

possível. O conteúdo de água do solo tem um efeito importante em sua permeabilidade

com respeito ao fluxo de LFG. À medida que o conteúdo de água aumenta, há uma

transmissibilidade efetiva de solo ou resíduo para o fluxo de gás que diminui. Além

disso, o tipo de cobertura de superfície afeta a ventilação do LFG que pode escapar para

a atmosfera. Superfícies congeladas ou pavimentadas limitam a ventilação de gás para a

atmosfera e, portanto, aumentam a distancia de migração potencial. Um alinhamento do

aterro pode reduzir grandemente o potencial para a migração de subsuperfície. A

presença de solos heterogêneos ao redor do local ou esgotos e outro serviço de utilidade

67

enterrado aumentarão a distância de migração potencial ao longo desses corredores. O

LFG pode migrar a uma distancia significativa a partir do aterro em esgotos ou leito de

esgoto. A avaliação do potencial para migração subsuperficial a partir de um local deve

considerar esses fatores.

Os determinantes primários de impactos de qualidade de ar são as quantidades de

LFG emitida para a atmosfera, a concentração de compostos gasosos no LFG, a

proximidade do receptor do aterro e as condições meteorológicas.

5.2.1 - Fatores que afetam a Geração de Gás

A capacidade de um aterro gerar gás vai depender de muitos fatores, incluindo a

composição dos resíduos, umidade de constituição, tamanho das partículas, a idade do

resíduo, pH, temperatura, e outros. A decomposição e produção de gás pode ocorrer,

teoricamente, por mais de 30 à 100 anos, mas na prática, ocorrem em num nível elevado

por um período de tempo bastante curto (McBean et al., 1995; EMCON, 1998). Os

fatores que afetam a geração de gás são descritos a seguir (modificado por EMCON,

1998; e McBean et al. 1995).

� Composição do resíduo

A maioria dos resíduos residenciais e comerciais dispostos em um aterro de

resíduo sólido municipal são decompostos. O resto que sobra consiste de vários

materiais inertes tal como o concreto, cinza, solo, metais, plásticos e outros materiais

não decompostáveis. Quanto mais facilmente é decomposta a fração orgânica do

resíduo, mais acelerada será a taxa de produção de gás no aterro. Resíduos de alimentos

estão incluídos nesta categoria. Deste modo, um alto percentual de resíduos de alimento

no aterro provavelmente conduzirá em uma acelerada taxa de geração de gás. Alguns

resíduos decompostáveis, tais como pedaços grandes de madeira, que não são inertes,

mas se decompõem lentamente, na prática, não contribuem significantemente com a

geração de gás.

� Umidade de constituição do resíduo

Em muitos aterros, depois da composição gravimétrica dos resíduos, o teor de

umidade é o fator mais significante para a taxa de produção de gás no aterro. Quanto

maior o teor de umidade, maior será a taxa de produção de gás. O teor de umidade em

um aterro convencional mudará ao longo do tempo. Alterações no teor de umidade do

68

aterro podem resultar em mudanças na infiltração de águas superficiais e/ou influxo de

águas subterrâneas, liberação de água como resultado da decomposição dos resíduos, e

variações sazonais do teor de umidade dos resíduos. Teoricamente, a condição ideal

para a geração de gás é a total saturação do resíduo. Por outro lado, se o resíduo

estivesse saturado, a extração de gás de aterro seria extremamente difícil, se não

impossível.

� Tamanho das partículas

Quanto menor a unidade ou partícula do resíduo disposto, maior será a área da

superfície específica. A partícula de resíduo com uma área superficial maior decomporá

mais rapidamente do que uma partícula com uma área menor. Por exemplo, a

decomposição de um tronco de madeira ocorrerá muito mais rápida se este for cortado

em pedaços menores do que se for disposto inteiro. Por essa razão, um aterro que aceita

pedaços de resíduo terá uma taxa de decomposição mais rápida e completa (i.e., rápida

taxa de geração de gás) do que um aterro que recebe somente resíduos inteiros.

� Idade do resíduo

A geração de gás (metano) num aterro possui duas variáveis dependentes do

tempo: tempo de atraso e tempo de conversão. O tempo de atraso (retardo) é o período

que vai da disposição dos resíduos até o início da geração do metano (início da Fase

III). Tempo de conversão é o período que vai da disposição dos resíduos até o final da

geração do metano (final da Fase V). Por exemplo, os resíduos de jardim têm os tempos

de atraso e conversão menores, enquanto que o couro e o plástico possuem tempos de

atraso e conversão maiores.

� pH

A faixa de pH ótimo para a maioria das bactérias anaeróbias é 6,7 a 7,5 ou

próximo do neutro [i.e., pH = 7,0] (McBean et al., 1995). Dentro da faixa ótima de pH,

a metanogênises aumenta para uma taxa elevada de tal modo que à produção de metano

é maximizada. Fora da faixa ótima – um pH abaixo de 6 ou acima de 8 – a produção de

metano fica estritamente limitada. A maioria dos aterros tende ter ambientes levemente

ácidos.

69

� Temperatura

As condições de temperatura de um aterro influenciam os tipos de bactérias

predominantes e o nível de produção de gás. A faixa ótima de temperatura para bactéria

mesofílica é 30 a 35ºC (86 a 95ºF), enquanto que para as bactérias termofílicas é 45 a

65ºC (113 a 149ºF). As temófilas geralmente produzem altas taxas de geração de gás;

contudo, a maior parte dos aterros ocorre na faixa das mesófilas. As máximas

temperaturas do aterro frequentemente são alcançadas dentro de 45 dias após a

disposição dos resíduos como um resultado da atividade aeróbia microbiológica. Então

diminui a temperatura do aterro uma vez desenvolvida as condições anaeróbias.

Grandes flutuações de temperaturas são típicas nas camadas superficiais de um aterro

como um resultado de mudanças na temperatura de ar ambiente. Os resíduos dispostos a

uma profundidade de 15 m (50 ft) ou mais não sofrem a influência da temperatura

externa. Temperaturas tão altas quanto 70ºC (185ºF) têm sido observadas (McBean et

al., 1985). Elevadas temperaturas de gás dentro de um aterro são o resultado da

atividade biológica. As temperaturas típicas do gás produzido num aterro variam,

tipicamente, entre 30 a 60ºC (86 a 140ºF) (EMCON, 1980 e 1981). A atividade

metanogênica é severamente limitada para temperaturas abaixo de 15ºC (59ºF), ao

passo que sua atividade ótima varia na faixa de 30 a 40ºC (86 a 104ºF) (McBean et al.,

1995). Por outro dado, as temperaturas no liner encontram-se na faixa de 20 a 25ºC (68

a 77ºF), atentando para o fato de que o calor aumenta dentro da massa de resíduo (G. R.

Koerner et al., 1996).

� Outros Fatores

Outros fatores que podem influenciar a taxa de geração de gás são os nutrientes,

bactérias, potencial oxidação-redução, densidade da produção gás, compactação dos

resíduos, dimensões do aterro (área e profundidade), operação do aterro e

processamento de resíduos variáveis.

5.2.2 - A Decomposição Biológica e Fases de Produção de Gás

A reação química geral para a decomposição anaeróbia de resíduos pode ser

descrita da seguinte maneira (Tchobanoglous et al, 1994):

70

radávelbiosólidosresíduos

gasesOutrosCOCHorgânicaMatériaOHorgânicaMatériaBactéria

deg)(242 +++→+

Ressalta-se que a reação necessita da presença de água. Existem aterros que

carecem de umidade, levando a uma condição de paralisação da decomposição. Nestas

condições de baixa umidade, estudos mostraram que até mesmo um jornal pode ser

encontrado em condições legíveis (Tchobanoglous et al, 1994).

Observa-se também que a quantidade total de gás produzida a partir da

decomposição dos resíduos sólidos é derivada de uma reação estequiométrica.

Deste modo, pode-se verificar que as condições hidrogeológicas locais afetam

significativamente a velocidade e o período de tempo de produção de gás.

Segundo Tchobanoglous et al. (1994), o volume dos gases emitidos durante a

decomposição anaeróbia pode ser estimado de várias formas. Por exemplo, se os

constituintes orgânicos individuais encontrados nos resíduos sólidos urbanos (com

exceção de plásticos) são representados, de uma forma geral, pela fórmula CaHbOcNd,

então é possível estimar o volume total de gás produzido utilizando, para tal, a equação

(Eq. A), supondo a conversão completa dos resíduos orgânicos biodegradáveis em CO2

e CH4.

32

42

8

324

8

324

4

324

dNHCOdcba

CHdcba

OHdcba

NOHC dcba

+

++−+

−−+→

+−−+

(5.2.1)

A decomposição dos resíduos sólidos, que está relacionada com a produção de gás

em aterros pode ser dividida em 4 ou 5 fases, dependendo do autor (ASTD, 2005 ou

USEPA, 2004).

Na Figura 5.2.b, pode ser visto um exemplo de divisão em 4 fases.

71

Figura 5.2.b – Fases de geração de gases variando com o tempo

Fase I – Durante a primeira fase de decomposição, bactérias aeróbias (bactérias que

vivem na presença de oxigênio), consomem oxigênio enquanto metabolizam as cadeias

de carboidratos complexos, proteínas, e lipídios que estão contidos nos resíduos

orgânicos. O primeiro produto que vem deste processo é o dióxido de carbono. O

conteúdo de nitrogênio é maior no início desta fase, mas começa a decair a medida em

que o processo vai transcorrendo. A Fase I continua até que não haja mais o oxigênio

disponível, ou este seja reduzido. A Fase I de decomposição pode levar dias ou meses,

dependendo da quantidade de oxigênio que está presente quando o resíduo é depositado

no aterro. A quantidade de oxigênio disponível dependerá da maneira como o resíduo

foi depositado e se houve ou não compactação.

FASE I FASE II

FASE III FASE IV

Aeróbia Anaeróbia

Com

posi

ção

do G

ás (

% e

m v

olum

e)

Duração das Fases variando com o tempo. Fonte: EPA 1997

72

Fase II - Inicia-se após o oxigênio tiver sido consumido. Usando o processo anaeróbio

(um processo que não requer oxigênio), as bactérias convertem os compostos criados

pelas bactérias aeróbias em ácido acético, lático, fórmico, e álcool tais como metano e

etanol. O aterro se torna altamente ácido. Como os ácidos se misturam com a umidade

presente no aterro, esses ácidos causam a dissolução de nutrientes, liberando nitrogênio

e fósforo disponível para o crescimento de diversas espécies de bactérias no aterro. Os

gases produzidos neste processo são hidrogênio e dióxido de carbono. Se o aterro é

revirado ou se o oxigênio é introduzido de alguma maneira no aterro, os processos

microbiológicos retornarão a Fase I.

Fase III – Inicia-se quando certas espécies de bactérias consomem os ácidos

produzidos na Fase II e forma o acetato, um ácido orgânico. Este processo vem causar

ao aterro um ambiente mais neutro em que as bactérias produtoras de metano começam

a se estabelecer. As bactérias metanogênicas e as bactérias acidogênicas são

simbióticas, ou apresentam mutualismo positivo. As bactérias acidogênicas criam

compostos para as bactérias metanogênicas consumirem. As bactérias metanogênicas

consomem o carbono e o acetato que são tóxicos para a maioria das bactérias

acidogênicas.

Fase IV – Começa quando ambas as taxas de composição e produção de gás no aterro

se mantêm relativamente constante. Usualmente a Fase IV de produção de gás contém,

aproximadamente, em volume, 45% a 60% de metano, 40% a 60% de dióxido de

carbono, e 2% a 9% de outros gases, tal como os gases sulfídricos. Um resíduo que é

disposto num aterro é capaz de emitir gás por 50 anos ou mais, entretanto um aterro ao

atingir a Fase IV, é capaz de produzir gás a uma taxa constante por mais de 20 anos

(ASTD, 2005 apud Crawford e Smith, 1985).

Quando a decomposição é dividida em 5 fases seqüenciais, como pode ser visto na

Figura 5.2.c, verifica-se que estas fases podem ser classificadas em:

73

Figura 5.2.c – Fases geradas na geração de gases de aterro (modificado por Kreith, 1994)

Fase I (Fase de ajuste inicial) – Inicia-se a deposição do resíduo e o acúmulo de

umidade. Bactérias presentes nos resíduos começam a se aclimatar ao ambiente do

aterro. Com a abundância de substrato e nutrientes aproveitáveis, microorganismos

aeróbios começam a degradar os resíduos, produzindo água, dióxido de carbono, ácidos

orgânicos, e minerais inorgânicos. A decomposição aeróbia é mantida pelo oxigênio

contido na massa de resíduo. Devido a Fase I ser relativamente curta, e compreender a

decomposição aeróbia, esta Fase é algumas vezes associada com a Fase II, sendo

reportadas conjuntamente como Fase aeróbia.

Fase II (Fase de transição) – Nesta fase o oxigênio contido no aterro começa a se

esgotar e o ambiente do aterro começa a mudar de um ambiente aeróbio para um

anaeróbio. Já que a quantidade de oxigênio aprisionada é limitada, esta é uma Fase

relativamente curta (i.e., dura de alguns dias a alguns meses). Assim que o oxigênio é

reduzido, é estabelecida uma condição redutora. Há a troca dos aceptores de elétrons do

oxigênio para os nitratos e sulfatos. A redução destas últimas moléculas, sempre

produzirá nitrogênio e sulfeto de hidrogênio/gás sulfídrico. Somando-se a isso, o nível

de dióxido de carbono começa a aumentar causando a formação de ácido carbônico e a

Estabilização, tempo em dias.

Com

posi

ção

do g

ás e

m %

de

volu

me

Incr

emen

to d

e pr

oduç

ão d

e gá

s, m

3

CO

D, g

/l T

VA

, g/l

74

diminuição de pH do chorume para a faixa ácida. As temperaturas do resíduo são mais

quentes durante esta Fase, alcançando 54 a 71ºC.

Fase III (Fase ácida) – Nesta Fase o resíduo é degradado anaerobicamente. A primeira

perda é por hidrólise, na qual moléculas orgânicas maiores são convertidas em menores,

e moléculas solúveis e hidrogênio são produzidos. As bactérias acidogênicas convertem

então os compostos hidrolisados em ácidos orgânicos voláteis (VOAs). Os ácidos, por

sua vez, causam uma mudança no pH (e.g., de 5,5 para 6,5) aumentando as

concentrações de metais pesados no chorume. A biomassa disponível que cresce

associada às bactérias metanogênicas, e o rápido consumo de substratos e nutrientes são

uma característica predominante desta Fase. O primeiro gás formado nesta Fase é o

dióxido de carbono.

Fase IV (Fase de fermentação do metano) – Nesta Fase os VOAs e o hidrogênio

produzidos na Fase acidogênica são convertidos a metano pelas bactérias

metanogênicas. Tanto a produção de ácidos quanto a fermentação do metano ocorrem

durante esta fase, contudo a fermentação do metano é predominante. As mais altas taxas

de geração de gás ocorrem durante esta fase. A medida em que os VOAs são utilizados,

o pH do chorume aumenta a valores próximos ao neutro (e.g., de 6,8 para 8,0) e as

concentrações de metais pesados diminuem. Sulfatos e nitratos são reduzidos para

sulfetos e amônia. As temperaturas dos gases caem nesta fase para valores por volta de

38 a 54ºC. A produção de gás provavelmente começa a diminuir quando valores

menores que o menor valor da faixa de temperatura é atingido.

Foi descrito por USEPA (2004 apud Hutric e Soni, 1997), em um estudo

experimental em digestor de RSU, que a taxa de geração de gás é máxima para duas

temperaturas: de aproximadamente 40ºC, quando as bactérias mesofílicas estão

presentes, e entre 55 e 60ºC, quando as bactérias termofílicas estão presentes. Para

temperaturas abaixo de 40ºC as taxas de geração de gás diminuem rapidamente com o

decréscimo de temperatura.

Fase V (Fase de maturação) – Houve a maturação do aterro e o material de rápida

biodegradabilidade encontra-se estabilizado (i.e., foram convertidos para metano ou

dióxido de carbono). A biodegradação é limitada pela falta de substratos facilmente

biodegradados e nutrientes, logo a atividade biológica reduz. A taxa de produção de gás,

75

consequentemente, também decresce. Ambos os gases dióxido de carbono e metano são

produzidos, porém em taxas menores do que na Fase IV. Na última parte desta fase, o

aterro pode retornar a condição aeróbica, com condição oxidante, e pequenas

quantidades dos gases oxigênio e nitrogênio que podem surgir.

Visto que os aterros são heterogêneos e todo resíduo não é colocado ao mesmo

tempo, as Fases descritas acima ocorrem simultaneamente em diferentes áreas e

profundidades de um aterro ativo ou recentemente fechado. A separação entre Fases é

freqüentemente mascarada quando um aterro está ativo e resíduos novos são

adicionadas aos pré-existentes. Após o fechamento do aterro, e devido à presença de

resíduos em diferentes fases de degradação, este tende a ser impulsionado para a Fase

IV, mantendo-se nesta fase por um logo período de tempo.

A taxa de degradação dos resíduos é controlada pela quantidade, pelos tipos de

materiais degradáveis, pela temperatura, pela umidade presente, e por outros fatores.

Resíduos de alimentos podem degradar cinco vezes mais rápido do que resíduo de

jardim, quinze vezes mais rápido do que resíduo de papel, e cinqüenta vezes mais rápido

do que madeira ou couro (USEPA, 2004). Com o aumento inicial da temperatura,

devido à liberação de calor durante a degradação aeróbia, há o aumento da degradação

(aumento da taxa de reação). Com há perda de calor pelos resíduos para o ambiente, há

o decréscimo de temperatura ao longo tempo. Em aterros profundos, este calor é mais

bem mantido, fazendo com que a degradação seja mais rápida nestes aterros do que em

aterros rasos. A água que é produzida no processo de biodegradação aeróbia é utilizada

pelo processo de biodegradação anaeróbia. Em adição, a água que se movimenta através

de um aterro ajuda a misturar as enzimas, bactérias, e substratos. O nível de umidade

requerido pelas bactérias metanogênicas é muito baixo. Isto ocorre porque a geração de

gás acontece nas condições de menor umidade (USEPA, 2004 apud Mc Bean et al.,

1995).

Embora o teor de umidade seja considerado um importante fator para a emissão de

gás, existe muita variação nos níveis de emissão de local para local. Tipicamente se diz

que emissões de gás em regiões mais áridas ocorrem durante um período mais longo de

tempo do que em áreas com temperaturas mais amenas. Para aquelas áreas operadas

como um aterro úmido, no qual há adição de chorume ou existem outros líquidos sendo

adicionados, as taxas de emissão de gás são muito mais altas e existe um alto nível de

76

emissões fugitivas de gás, dependendo de como o líquido é adicionado à área (USEPA,

2004).

5.3 – Importância da Modelagem e Modelos de Produção de Gás

5.3.1-Importância da Modelagem da Geração de LFG e da Avaliação do Potencial

de Recurso LFG Combustível

As modelagens são necessárias para entender três processos que são as emissões

de LFG (o gás é transportado verticalmente através da cobertura ou através do que se

chama migração lateral), a recuperação de biogás mediante sua extração e a oxidação

de metano. Estes três processos são à base dos modelos de extrapolação, que levam a

estimação das emissões regional, nacional e global (Börjesson et al., 2000). Atualmente,

a falta de dados confiáveis tem sido um obstáculo importante nestes esforços. Deste

modo têm sido feitas investigações que possam levar a solução deste problema. Como

exemplo, Bogner e Matthews (1999) que apresentaram um modelo, na qual a

contribuição global de metano foi extrapolada com o consumo de energia per capita,

que era proporcional ao volume de resíduos gerados. Estes cálculos foram limitados por

falta de dados sobre a recuperação de gás, o que atualmente tem faltado nas estatísticas

atuais.

Os principais aspectos para a avaliação do LFG são: Primeiro, calcular a

quantidade de LFG que está sendo produzida num aterro e o segundo, porém mais

importante, será avaliar a proporção do LFG que pode ser razoável e confiável obtida

durante a longa vida de um projeto (acima de 20 anos). Por exemplo, o estudo de caso

brasileiro que abrange dois aterros, o velho lixão aberto de Marambaia e o novo Aterro

Sanitário de Adrianópolis, conhecido como CTR (Central de Tratamento de Resíduos).

O aterro de Marambaia deixou de receber lixo em janeiro de 2003 e tem um total de

aproximadamente 2 milhões de toneladas de resíduos aterrados. O aterro de

Adrianópolis, em Nova Iguaçu, entrou em operação em fevereiro de 2003 e com

previsão de fechamento em 2022. A Figura 5.3.a mostra o aterro de Adrianópolis e

áreas de despejo de aterro existentes e novas.

77

Fonte: Manual de Preparação de Gás de Aterro para Projetos de Energia (BANCO MUNDIAL)

Figura 5.3.a – Aterro de Adrianópolis em Nova Iguaçu (2003)

A modelagem foi realizada em ambos os aterros para avaliar o volume de LFG

que cada um deve gerar usando o Modelo School Canyon. Os volumes de despejo de

resíduo foram baseados em dados históricos do aterro de Marambaia e os valores

projetados para o aterro de Adrianópolis. Os resultados da modelagem indicam que é

possível coletar LFG no aterro de Marambaia, mas como seria de esperar, a geração de

LFG está atualmente em seu pico e começando um declínio progressivo. O Aterro de

Adrianópolis acabou de abrir e, embora tenha potencial de recuperação de longo prazo,

ainda não esta gerando quantidades significativas de LFG para serem coletadas e

utilizadas. Estes e todos os outros estudos de caso reforçam consistentemente os

benefícios da identificação antecipada e compromisso com o desenvolvimento dos

sistemas de controle de LFG. Caso seja esperado o fechamento de um aterro para tomar

decisão em desenvolver o recurso, pode ser tarde demais. Deveria ser observado

também que pode ser possível coordenar o uso e a transferência de equipamento e

sistemas entre dois aterros sob o controle do mesmo proprietário. À medida que o LFG

em um dos aterros esteja progressivamente diminuindo e o outro aumentando, talvez

seja possível coordenar o uso e transferência de alguns dos recursos e instalações,

presumindo que os arranjos contratuais para o controle de LFG permitam este tipo de

coordenação.

78

5.3.2 - O Modelo School Canyon e outros modelos de produção de gás

Modelos matemáticos são ferramentas úteis e econômicas para avaliar o potencial

de geração de LFG no local. Os resultados do modelo podem ser usados para avaliar o

potencial para migração/emissões de LFG perigosas, e para avaliar a viabilidade do

projeto de gestão do LFG.

Existem vários modelos disponíveis para calcular a produção de LFG. Todos esses

modelos podem ser usados para desenvolver uma curva de geração de LFG que prediz a

geração de gás por algum tempo. A produção de gás total e a taxa em que os gases são

gerados podem variar um pouco com os diferentes modelos, mas o parâmetro de insumo

mais importante que é comum a todos os modelos é a quantidade do resíduo presumido

passível de decomposição. Os outros parâmetros de insumo podem variar dependendo

do modelo usado e são influenciados por numerosas variáveis, incluindo os fatores que

influenciam a geração de LFG e as incertezas nas informações disponíveis sobre o local,

bem como o manejo da extração de LFG que afeta a geração de LFG ao induzir

qualquer infiltração de ar. Outro fator importante é a quantidade de tempo presumida

entre a colocação do lixo e o começo da decomposição anaeróbia ou fase metanogênica

dentro da massa do lixo. (Augenstein, 1991).

A natureza heterogênea e a variável tempo em todos os aterros dão uma

dificuldade inerente para a coleta de dados acurados de um local sem um grande gasto

no custo corrente. Qualquer modelo de produção é bom somente na medida dos dados

de insumo e freqüentemente há presunções muito amplas necessárias com respeito a

estimar quantidades e tipos de lixo. Portanto, é apropriado usar um modelo simples que

empregue parâmetros menos numerosos que podem ser designados mais razoavelmente

segundo as condições especificas do local. O êxito previsível de qualquer modelo é

dependente na maior parte no grau de certeza necessário, na confiabilidade dos dados de

insumo, na experiência do individuo analisando os dados, e no grau de semelhança entre

o local em questão e outros locais que possam ter sido modelados com sucesso. (Zison,

1990).

Todos os modelos usados para determinar a taxa estimada de produção de LFG do

local deveriam estar sujeitos a uma completa análise da sensibilidade para determinar

uma gama de resultados potenciais e para analisar quais parâmetros têm influência

maior nos valores de produção de LFG. A identificação de parâmetros sensíveis pode

levar à coleta de dados dirigidos e ao melhoramento futuro de previsões de produção de

LFG. Dada à natureza heterogênea das condições dentro do aterro e as limitações típicas

79

nos dados de insumo que, com maior freqüência, estão disponíveis para um local

candidato, recomenda-se que uma gama de valores e uma avaliação de sensibilidade

possam ser estabelecidas para a avaliação de geração de LFG. Usando os limites

superiores e inferiores de uma geração de LFG versus o perfil de tempo, baseado nas

condições prováveis dentro do aterro, é possível designar valores e insumos de projeto

que são adequados para uso na avaliação do potencial para um local e quaisquer fatores

de risco que possam ser aplicáveis.

Modelos cinéticos de primeira ordem são usados freqüentemente para avaliar a

produção de metano durante a vida de um aterro. Esses modelos são adaptados para

aterros específicos por numerosas presunções sobre condições no aterro. O modelo

empírico que é amplamente aceito, de primeira ordem, da decomposição e usado pela

indústria e por agências reguladoras, inclusive a EPA norte-americana, é o Modelo

School Canyon por ser relativamente simples e objetivo. Este modelo está baseado na

premissa de que há uma fração constante de material biodegradável no aterro por

unidade de tempo. A equação de primeira ordem é dada abaixo:

itkiiCH emLkQ .

0)( 4

−= (5.3.1)

onde:

Q(CH4)i = Metano produzido no ano i a partir da seção i do resíduo;

k = Constante da geração de metano;

L0 = Potencial da geração de metano;

mi = Massa de resíduo despejada no ano i; e

ti = Anos após o fechamento.

É pratica normal presumir que o LFG gerado consiste de 50 % de metano e 50 %

de dióxido de carbono para que o LFG total produzido seja igual a duas vezes a

quantidade de metano calculado a partir da Equação 5.3.1. Esta equação é a base para o

Modelo de Emissões de LFG (LandGEM) do U.S. EPA, que está disponível a partir do

site da Internet da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (U.S.EPA)

(http://www.epa.gov/ttn/atw/landfill/landflpg.html). O Modelo School Canyon prediz a

produção de LFG durante algum tempo como uma função da constante de geração de

LFG (k), do potencial de geração de metano (L0) e dos registros históricos de despejo

de lixo e das projeções do resíduo futuro num aterro. A U.S. EPA designa valores pré-

estabelecidos para cada um desses parâmetros para uma avaliação preliminar

conservadora do aterro. No entanto, esses parâmetros de insumo precisam ser

80

selecionados com conhecimento das condições de aterro especificas e da localização

geográfica. Na LAC, as diferenças no conteúdo orgânico do lixo, a presença de

umidade, ou o grau ao qual o resíduo é compactado variarão e, na maioria dos casos,

aumentará o potencial para a geração de LFG em relação ao lixo tipicamente encontrado

na América do Norte e na Europa. Este modelo foi selecionado para uso neste Manual

não porque seja o único modelo disponível, ou mesmo o melhor modelo disponível. No

entanto, o Modelo School Canyon: é adequado para o objetivo pretendido; é o modelo

mais comumente empregado e aceito nas Américas do Norte e do Sul; e tem a melhor

base de dados disponível na LAC. O Modelo School Canyon é também simples de se

compreender e aplicar e é, geralmente, aceito por aquelas agências e instituições

financeiras que estão interessadas em apoiar esses tipos de projetos na América do

Norte e na América Latina e Caribe (LAC).

A Figura 5.3.b ilustra a curva de geração de LFG produzida usando o Modelo

School Canyon com os valores pré-estabelecidos da EPA norte-americana (k=0,05 e

L0=170 m3 de metano por tonelada de resíduo) para um aterro com uma taxa de

deposição constante de 500.000 toneladas por ano durante 25 anos (de 1990 a 2015). A

Figura 4.4.b mostra duas curvas, a quantidade total teórica de LFG produzida e o LFG

coletado presumindo uma eficiência de sistema de coleta típica de 75 por cento. Uma

avaliação da geração de LFG cuja premissa é que 75% do combustível possam ser

coletados não é irracional, mas seria considerada relativamente agressiva. Uma

porcentagem de recuperação de 50% do combustível é considerada conservadora e

prontamente atingível, presumindo-se que tanto a caracterização do lixo como o

exercício de modelagem esteja baseado em dados e premissas razoáveis.

A constante taxa de geração de metano (k) representa a taxa de decomposição

biológica de primeira ordem à qual o metano é gerado depois da colocação do resíduo.

Esta constante é influenciada pelo teor de umidade, pela disponibilidade de nutrientes,

pelo pH e pela temperatura. Como mencionado anteriormente, o teor de umidade dentro

de um aterro é um dos parâmetros mais importantes que afetam a taxa de geração de

gás. A umidade serve como um meio para transportarem nutrientes e bactérias. O teor

de umidade dentro de um aterro é influenciado primeiramente pela infiltração da

precipitação através da cobertura do aterro. Outros fatores que afetam o teor de umidade

no aterro e a taxa de geração de gás incluem o teor de umidade inicial do resíduo; a

quantidade e o tipo da cobertura diária usada no aterro; a permeabilidade e o tempo de

colocação da cobertura final; o tipo do alinhamento de base; o sistema de coleta do

81

chorume; e a profundidade do lixo no aterro. Típicos valores k variam de 0.02 para

aterros secos a 0,07 para aterros molhados. O valor pré-estabelecido usado pela EPA

dos EUA para aterros com mais do que 25 polegadas (625 mm) de precipitação por ano

são de 0,05 (EPA dos EUA, 1994). Este valor se considera que produza uma estimativa

razoável de geração de metano em certas regiões geográficas e sob certas condições de

aterro.

Figura 5.3. b - Exemplo de curvas de geração de LFG

A tabela a seguir apresenta variações sugeridas e as designações de parâmetros

recomendadas para a taxa constante.

Tabela 5.3.1 - Precipitação anual e Valores de K

Valores k Precipitação

Anual Relativamente inerte

Moderadamente degradável

Altamente degradável

<250 mm 0,01 0,02 0,03

>250 e <500 mm 0,01 0,03 0,05

>500 e <1000 mm 0,02 0,05 0,08

>1000 mm 0,02 0,06 0,09 Fonte: Manual para Preparação de Gás de Aterro sanitário para Projetos de Energia, 2004

O potencial de geração de metano (L0) representa a produção total de metano (m3

de metano por tonelada de lixo). O valor de L0 é dependente da composição do resíduo

e, em particular, da fração de matéria orgânica presente. O valor de L0 é estimado com

Fonte: Manual de preparação de gás de aterro sanitário para projeto de energia (Banco Mundial)

82

base no conteúdo de carbono do resíduo, na fração de carbono biodegradável e num

fator de conversão estequiométrico. Valores típicos para este parâmetro variam de 125

m3 de metano/tonelada de resíduo a 310 m3 de metano/tonelada de resíduo. A maior

compactação do resíduo não tem efeito direto no parâmetro de L0. No entanto, a

compactação e a densidade do lixo têm um efeito direto na massa de lixo num dado

volume e, portanto, no potencial de quantidade de LFG que pode ser produzido durante

algum tempo bem como nas características de desempenho dos sistemas que serão

necessários para coletar o LFG.

Tem havido também a percepção de que à medida que aumentam e melhoram os

programas de reciclagem e de compostagem, mais material orgânico, como resíduo de

alimentos e papel, pode ser desviado do aterro, reduzindo a quantidade de LFG

produzida. No entanto, as iniciativas de reciclagem tem tido mais êxito até o momento

na remoção de materiais inorgânicos do fluxo do resíduo, tanto nos paises

desenvolvidos como nos países em desenvolvimento. Como conseqüência, a pratica

típica não tem visto que o valor de L0 aplicável diminua significativamente. A EPA

norte-americana usa um valor pré-estabelecido L0 igual a 170 m3 de metano/ tonelada

de resíduo. (EPA dos EUA, 1994). O usuário do modelo pode aumentar ou diminuir o

L0 para refletir o conhecimento específico da caracterização do lixo com conteúdos

maior ou menor de lixo orgânico. A quantidade (em toneladas) de lixo típico aterrado

num ano particular é representada por “m” na equação do Modelo School Canyon. Em

aterros em que haja bons dados indicando que há uma significativa porção do lixo que é

inerte (não terá decomposição), como entulhos de construção ou de demolição, este

parâmetro poderia ser reduzido para representar somente a quantidade do lixo que não é

inerte. Contudo, em muitos casos há dados insuficientes para se determinar o percentual

do lixo que é inerte.

Só é recomendado que o parâmetro L0 seja reduzido ou a quantidade de lixo

contribuinte seja reduzida se houver dados claros e concisos quantificando o fluxo de

lixo inerte ou relativamente inerte. Como observado anteriormente, o parâmetro L0 já

está bem reduzido desde o valor teórico que refletiria os resíduos orgânicos puro em

reconhecimento do fato de que há umidade e materiais inorgânicos que compõe alguma

parte de qualquer fluxo de lixo. Uma redução específica deveria ser feita somente se

houver uma porção prontamente identificável do lixo que seja diferente do lixo típico

recebido na maior parte dos aterros de resíduos sólidos mistos convencionais. A

designação pré-estabelecida para o L0 já reconhece que há uma mistura de resíduos

83

orgânicos que podem ser decompostos e de resíduos inorgânicos sendo depositados num

aterro típico. Se houver bons dados em relação às quantidades e tipos de resíduos, pode

ser possível refinar a avaliação de modelagem usando o seguinte como designações de

parâmetros diretrizes para o fator de L0. Seria necessário tornar a avaliação de geração

de LFG global uma soma das curvas geradas para os vários tipos de resíduo.

Tabela 5.3.2 – Valores de L0 sugeridos para o Conteúdo Lixo Orgânico

Categoria do Lixo

Valor Mínimo para L0

(m3/t)

Valor Máximo para L0

(m3/t)

Lixo Relativamente Inerte 5 25

Lixo Moderadamente Degradável

140 200

Lixo Altamente Degradável 225 300

Fonte: Manual para Preparação de Gás de Aterro sanitário para Projetos de Energia, 2004

5.3.2.1 - Outros Modelos de Produção de Gás

Além do modelo da escola School Canyon existem diversos modelos de produção

de gás que podem ser encontrados na literatura, sendo que alguns desses modelos serão

apresentados a seguir:

a) Modelo de Laquidara et al. (1986):

O modelo proposto pelo autor, é utilizado para calcular previamente a produção de

biogás gerada por um típico resíduo sólido urbano, sendo utilizada uma taxa de geração

de biogás dada em litros por grama de SVB (sólidos voláteis biodegradáveis) seco. Para

o cálculo das taxas mínimas de produção de biogás nos aterros sanitários brasileiros,

adota-se a estimativa do teor geral de umidade dos resíduos, não o teor inicial

excessivamente alto de umidade exibido quando do despejo do lixo. A partir de cálculos

estequiométricos, a taxa prevista de geração de biogás (total de metano mais o dióxido

de carbono) é cerca de 5 pés cúbicos/lb de resíduos sólidos municipais in natura, dado

um teor de umidade de cerca de 46%, o que significa que aproximadamente 0,52 litros

de metano pode ser gerado por grama de SVB destruído. Baseado numa proporção de

84

65:35 em porcentagem de CH4 e porcentagem de CO2 no biogás, cerca de 0,28 litro é

produzido por grama de SVB destruído. A soma das taxas CH4 e CO2 é de 0,8 litro por

grama de SVB seco para um resíduo sólido urbano brasileiro.

Para este modelo é estimada também uma vida útil de 9 anos e um despejo anual

de lixo em 170 mil toneladas, a taxa média de geração é então aplicada e uma produção

de biogás anual é calculada. A seguinte equação para determinar a produção de biogás

após a disposição dos resíduos sólidos no aterro, é baseada na cinética de primeira

ordem, que é descrita baixo:

( )tkeSS −= 01 (5.3.2)

Onde:

S1 ⇒ Peso (em gramas) dos SVB remanescente no aterro num período

determinado t;

t ⇒ Tempo em dias após a disposição dos resíduos;

S0 ⇒ Peso inicial dos SVB em gramas no início da disposição dos resíduos no

aterro;

k ⇒ Coeficiente de deterioração orgânica. É definido pelas características dos

resíduos, pelo seu teor de umidade, pelo clima geral onde o aterro está

situado.

A equação de deterioração do SVB também foi melhorada para incluir a taxa de

geração de metano e a produção de biogás em resíduos sólidos municipais específicos,

em que:

( )DDSCDG = e cMGLFG /= (5.3.3)

Onde:

DG ⇒ Volume de gás metano (CH4) produzido em litros por unidade de tempo;

C ⇒ Volume de metano produzido por grama de SVB consumido (definido

como

0,52 l/g);

85

DDS ⇒ Peso do SVB consumido em gramas em um intervalo específico de

tempo a partir da disposição dos resíduos no aterro.

O volume do biogás (litros) produzido naquele período de tempo é, então,

calculado a partir da taxa G de geração de gás metano e dividido pelo percentual de

componente de metano (MC) no gás recuperado, que é cerca de 65%.

b) Modelo US EPA (1991):

Este modelo é conhecido como “Modelo de Estimação de Emissões de Ar em

Aterro”, usado para estimar emissões incontroladas de vários compostos presentes no

gás de aterro. Essas emissões incontroladas podem ser estimadas em aterros individuais

usando o modelo de cinética de primeira ordem teórica de produção de metano

desenvolvido pela EPA. A equação do modelo é apresentada a seguir:

)e(eRLQ tkck

0CH4

−− −= (5.3.4)

Onde:

QCH4 ⇒ Taxa de geração de metano para tempo t, m3/ano;

L0 ⇒ Potencial de geração de metano, m3 CH4/Mg de resíduo;

R ⇒ Taxa de deposição média anual de resíduo durante a vida útil do aterro,

Mg/ano;

k ⇒ Taxa de geração de metano constante, ano-1;

c ⇒ Tempo desde o fechamento do aterro, anos (c = 0 para aterros ativos); e

t ⇒ Tempo desde o início de deposição do resíduo, anos.

Nota-se que o modelo acima foi desenvolvido para estimar a geração de LFG

(Landfill Gás – Gás de Aterro) e não emissões para atmosfera. Outros destinos que

podem existir para o gás gerado em um aterro, incluindo a captura e subseqüente a

degradação microbiológica no interior da camada superficial do aterro. Atualmente, não

há dados que comprove este destino. É geralmente aceito que o volume de gás gerado

será emitido através da fenda ou outras aberturas na superfície do aterro.

86

Informação da área específica do aterro é geralmente disponibilizada para as

variáveis R, c, e t. Quando a informação da taxa de deposição de resíduo é limitada ou

desconhecida, R pode ser determinado dividindo o lixo em lugares pela idade do aterro.

Se uma documentação tem constatado que certo segmento (célula) de um aterro recebeu

somente resíduo não degradável, então o resíduo proveniente deste segmento do aterro

pode ser excluído fora do cálculo de R. Resíduo não degradável inclui concreto, tijolo,

rocha, vidro, gesso, quadro, tubo, plásticos, e objetos de metal. A taxa de deposição

média anual somente será estimada através deste método quando existir informação

inadequada sobre a atual taxa de deposição média. A variável tempo, “t”, inclui o

número total de anos que o resíduo tem sido depositado (incluindo o número de anos

que o aterro tem recebido resíduo e, se aplicável, tem sido fechamento).

Valores para variáveis L0 e k devem ser estimados. Estimação do potencial de

capacidade de geração de CH4 do resíduo (L0) é geralmente tratado como sendo função

da umidade e fração orgânica do resíduo. A estimativa da constante de geração de CH4

(k) é função de uma variedade de fatores, incluindo umidade, pH, temperatura, e outros

fatores ambientais, e condições de operação do aterro. Geralmente os teores de umidade

vão até 60% e o pH na faixa de 6,6 a 7,4, ocasionando então um aumento da taxa de

geração de metano. Os valores reportados na literatura são encontrados na faixa de

0,003 a 0,21/ano (USEPA, 1991).

Segundo USEPA (1991) o fator L0 depende da composição do lixo e das

condições do aterro para processo de metanização. Os valores reportados na literatura

do L0 são encontrados entre 6,2 a 270 m3 de CH4/t de lixo para aterros americanos.

A constante de decaimento k está relacionada com o tempo necessário para a

fração de carbono orgânico degradável (COD) do lixo decaia para metade de sua massa

inicial, podendo ser obtida por processo de interação quando se tem conhecimento da

vazão de gás metano do aterro, do valor de L0 e da quantidade e do tempo de deposição

do lixo no local.

87

Segundo IPCC (1996) esta constante é estabelecida pela seguinte Equação:

1/2t

2ln k = (5.3.5)

Onde:

k ⇒ Constante de decaimento (ano-1)

t1/2 ⇒ Tempo para a fração de COD decair pela metade em massa (anos)

Uma outra equação similar a Equação 5.3.4 (op. cit.), pode ser usada quando se

tem dados suficientes relacionados à disposição dos resíduos sólidos urbanos nos locais

de destinação, desde que se leve enconta a quantidade de lixo depositada em cada ano

(IPCC, 1996). Neste modelo a variável t é substituída por T-x na Equação 4.4.6, que

representa o número de anos que o lixo esteve depositado.

x)-(T-k

0xTx eLRkQ = (5.3.6)

Onde:

QTx ⇒ Quantidade de metano gerado no ano em vigência T pelos resíduos Rx

(m3/ano)

k ⇒ Constante de decaimento (ano-1)

Rx ⇒ Quantidade de lixo depositado no ano x (t)

L0 ⇒ Potencial de geração de metano do lixo (m3/t de lixo)

T ⇒ Ano em vigência

x ⇒ Ano de deposição do lixo no aterro

88

c) Modelo Tchobanoglous, Thessen & Vigil (1994):

Este modelo foi desenvolvido para determinar o volume de gás a partir dos

componentes lentamente e rapidamente biodegradáveis do lixo e da constituição

química de cada um de seus elementos. O volume de gás estimado a partir da Equação

5.3.7 supõe a conversão completa dos resíduos orgânicos biodegradáveis em CO2 e

CH4.

32

42

8

324

8

324

4

324

dNHCOdcba

CHdcba

OHdcba

NOHC dcba

+

++−+

−−+→

+−−+

(5.3.7)

Em geral os materiais orgânicos presentes nos resíduos são divididos em duas

classificações: a) materiais que se decompõem rapidamente (duração de três meses a

cinco anos) e b) materiais que se decompõem lentamente (até 50 anos ou mais). Na

Tabela 5.3.3 são identificados os componentes da fração orgânica dos RSU que são

utilizados para estimar a quantidade de gás que pode ser gerado a partir da porção

biodegradável dos resíduos orgânicos nos RSU. Supondo que a fórmula molecular fosse

C75H122O55N, então esta fórmula seria utilizada para descrever a fração orgânica

rapidamente biodegradável dos RSU, com isso a quantidade máxima de gás de sólidos

orgânicos biodegradáveis destruídos que é esperada em condições ótimas é de 8,75

kg/m3. A fração biodegradável dos resíduos orgânicos depende em grande parte do

conteúdo de lignina dos resíduos. Na tabela 5.3.4 são apresentados à biodegradabilidade

de vários constituintes orgânicos baseados em seu conteúdo de lignina. Como se

observa, o papel de jornal é 22% degradável.

89

Tabela 5.3.3 – Constituintes orgânicos rapidamente e lentamente biodegradáveis nos resíduos

Componentes de Resíduos

Orgânicos

Rapidamente Biodegradável Lentamente Biodegradável

Resíduos de Comida Sim

Papel de Jornal Sim

Papel de Escritório Sim

Papelão Sim

Plásticosa Sim

Têxteis Sim

Borracha Sim

Couro Sim

Resíduos de Jardim Simb Simc

Madeira Sim

Orgânicos variados Sim

Tabela 5.3.4 - Biodegradabilidade dos constituintes orgânicos nos resíduos Componentes de

Resíduos Orgânicos

Conteúdo de Lignina

(% SV)

Fração Biodegradável

(% SV)

Resíduos de Comida 0,4 0,82

Papel de Jornal 21,9 0,22

Papel de Escritório 0,4 0,82

Papelão 12,9 0,47

Resíduos de Jardim 4,1 0,72

Os parâmetros “a”, “b”, “c” e “d” da Equação 5.3.7 são obtidos através da relação

molar dos elementos químicos de composição dos resíduos orgânicos rapidamente e

lentamente degradáveis divididos pelo mol de nitrogênio. O peso de cada elemento

químico relacionado aos componentes dos resíduos é apresentado na Tabela 5.3.5.

Fonte: Tchobanoglous et al., 1994

Fonte: Tchobanoglous et al., 1994 aOs plásticos geralmente são considerados como biodegradáveis. bFolhas e recortes de grama. Normalmente é de 60% dos resíduos de jardim são considerados como rapidamente biodegradáveis. cPorções lenhosas de resíduos de jardim

90

Tabelas 5.3.5 – Componentes dos resíduos orgânicos decompostos e seus elementos químicos


Tabela 5.3.6 – Relação molar dos componentes

Relação mol (Nitrogênio = 1) Componentes

Rapidamente decompostos Lentamente decompostos

Carbono 68,5 19,5

Hidrogênio 110,5 29,0

Oxigênio 50,1 9,2

Nitrogênio 1,0 1,0

Conhecendo a relação molar, a massa de gás metano e de dióxido de carbono é

então determinada, através das equações de decomposição. Com a massa determinada e

a densidade de cada gás, pode-se conhecer o volume de gás gerado, obtendo-se assim as

Composição (kg)

Componentes

Peso

húmido

(kg)

Peso

seco

(kg) C H O N Cinzas

Constituintes orgânicos rapidamente decompostos

Resíduos de

comida 9,0 2,7 1,30 0,17 1,02 0,07 0,14

Papel 34,0 32,0 13,92 1,92 14,08 0,10 1,92

Papelão 6,0 5,7 2,51 0,34 2,54 0,02 0,29

Resíduos de

jardim 11,1 4,4 2,10 0,26 1,67 0,15 0,20

Total 60,1 44,8 19,83 2,69 19,31 0,34 2,55

Constituintes orgânicos lentamente decompostos

Têxteis 2,0 1,8 0,99 0,12 0,56 0,08 0,05

Borracha 0,5 0,5 0,39 0,05 _ 0,01 0,05

Couro 0,5 0,4 0,24 0,03 0,05 0,04 0,04

Resíduos de

jardim 7,4 3,0 1,43 0,18 1,14 0,10 0,13

Madeira 2,0 1,6 0,79 0,10 0,69 _ 0,02

Total 12,4 7,3 3,84 0,48 2,44 0,23 0,29


91

quantidades volumétricas de cada gás para as massas de resíduos rapidamente e

lentamente degradáveis determinadas inicialmente.

Segundo Tchobanoglous et al. (1994) assumem que as taxas anuais de

decomposição para materiais rapidamente e lentamente decompostos se baseiam em um

modelo triangular (Figuras 5.3.c e 5.3.d) de produção de gás em que a taxa pontual de

produção de gás é produzida em 1 e 5 anos, respectivamente, depois de começar a

produção de gás. Supõe-se que a produção de gás é iniciada ao final do primeiro ano da

área em funcionamento do aterro. A área debaixo do triângulo é igual a metade da base

pela altura; por tanto, a quantidade de gás procedente dos resíduos colocados durante o

primeiro ano é igual a:

Total de gás produzido, kg/m3 =

½ (base, ano). (altura, taxa pontual de produção de gás, kg/m3. ano)

Figura 5.3.c – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos rapidamente biodegradáveis

1 2 3 4 5

Tempo (Anos)

Pro

duçã

o de

bio

gás

(m3 /a

no)

h

3/4 h

2/4 h

1/4 h


92

Figura 5.3.d – Modelo triangular de produção de biogás para resíduos lentamente biodegradáveis

Utilizando um modelo triangular de produção de gás, a taxa total de produção de

gás em um aterro em que se depositam resíduos durante um período de 5 anos é obtida

graficamente somando o que é produzido pelas porções de RSU rapidamente e

lentamente biodegradáveis depositadas a cada ano. A quantidade total de gás produzido

corresponde diretamente com a área por debaixo da curva.


Figura 5.3.e – Produção de gás durante um período de cinco anos a partir de materiais orgânicos rapidamente e lentamente decompostos colocados num aterro.

5 10 15

Tempo (Anos)

Pro

duçã

o de

bio

gás

(m3 /a

no) h

7/10 h 4/5 h


5 10 15 20 25

50

150

200

250

300

350

400

Total

Gás produzido por material de

decomposição rápida depositado em 5 anos

Gás produzido por material de

decomposição lenta depositado em 5 anos

93

d) Modelo IPCC (1996):

O modelo proposto apresenta uma metodologia de fácil aplicação permitindo

calcular ou determinar as emissões anuais de metano para países ou regiões específicas

a partir da quantidade de resíduos sólidos depositados em aterros de resíduos sólidos de

classificação diferente, como pode ser observado na Tabela 5.3.7. Esse método, que

segue a Equação 5.3.8, considera a estimativa do percentual de carbono orgânico

degradável e sua fração distinta presente na massa de lixo, determinando deste modo à

quantidade de metano que pode ser gerada por determinada quantidade de resíduo

depositado, onde se considera diferentes categorias de resíduos sólidos urbanos. Caso

não se disponha de dados para o cálculo no país, poderão ser aplicados dados

padronizados fornecidos pelo IPCC, porém a qualidade dos resultados será prejudicada.

Tabela 5.3.7 – Sistema de classificação de aterros adaptado no Estado da Califórnia (1984)

Classificação Tipo de resíduo

I Resíduos perigosos

II Resíduos especiais

III Resíduos sólidos urbanos

Onde:

ECH4 ⇒ Emissão de Metano (GgCH4/ano)

Popurb ⇒ População urbana do país (nº habitantes).

Taxa RSD ⇒ Taxa de geração de resíduos sólidos domésticos por habitante por ano (kg RSD/habitante.ano).

RSDf ⇒ Fração de resíduos sólidos domésticos que é depositada em locais de disposição de resíduos sólidos (fração adimensional).

FCM ⇒ Fator de correção de metano (fração adimensional).

COD ⇒ Carbono orgânico degradável no resíduo sólido doméstico (fração adimensional ou gC/gRSD)

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994)

ECH4 = (Popurb x Taxa RSD x RSDf x FCM x COD x CODF x F 16/12 - R) x (1 - OX) (5.3.8)

94

CODf ⇒ Fração de COD que realmente degrada [fração adimensional].

F ⇒ Fração de CH4 no gás de aterro (fração adimensional).

16/12 ⇒ Taxa de conversão de carbono em metano (fração adimensional ou gCH4/gC)

R ⇒ Quantidade de metano recuperado (GgCH4/ano).

OX ⇒ Fator de oxidação (fração adimensional).

O fator de correção de metano (FCM) está relacionado com a qualidade do

aterramento do lixo, considerando o fato do resíduo ser aterrado de forma inadequada

produzindo uma menor quantidade de metano em relação aquele destinado a locais

adequados, onde uma maior parte do lixo é decomposta em condições anaeróbias.

Valores recomendados pelo IPCC para este fator são mostrados a seguir:

Tabela 5.3.8 – Locais de disposição de resíduo e Fator de Correção de Metano Tipo de Local Fator de Correção de Metano (FCM)

Adequadoa 1,0

Inadequado

(profundo p/ ≥5,00 m de resíduo) 0,8

Inadequado

(não profundo p/ <5,00 m de resíduo) 0,4

Sem classificaçãob 0,6

A quantidade de carbono orgânico degradável (COD) é determinada pela Equação

5.3.9, onde esta se baseia na composição do lixo e na quantidade de carbono em cada

componente da massa de resíduo como reportado em IPCC (1996). Na tabela 5.3.9 são

apresentados os valores de COD para diferentes componentes do lixo.

Fonte: IPCC (1996) aLocais adequados devem ter deposição controlada do resíduo abrangendo o material de cobertura, compactação mecânica e nivelamento do resíduo. bPara locais não classificados é assumido um valor Default para FCM

95

Tabela 5.3.9 – Componente dos resíduos e seu COD Componente COD (% em massa)

A = Papel e papelão 40 B = Resíduos de parques e

jardins 17

C = Restos de alimentos 15 D = Tecidos 40 E = Madeiraa 30

COD = 0,4 x (A) + 0,17 x (B) + 0,15 x (C) + 0,30 x (E) (5.3.9)

No caso de não está discriminada a composição de matéria orgânica presente nos

resíduos, e sim, como outros, esta categoria englobaria os resíduos de jardim, parques e

outros orgânicos putrescíveis não alimentos (B), resíduos de alimentos (C) e resíduos de

madeira e palha (D), a Equação 5.3.9 teria de ser tratada por uma faixa, dentro dos

limites (15-30%), sugerida da seguinte forma:

COD = 0,4 x (A) + (0,15 a 0,30) (B+C+D) (5.3.10)

A Fração diferenciada COD (CODf) é a parcela de COD convertida em gás de

aterro. Segundo Tabasaran (1981), estimar a quantidade de carbono diferenciada é

confiar em um modelo teórico que varia com a temperatura na zona anaeróbia de um

aterro:

CODf = 0,014 T + 0,28 (5.3.11)

Onde:

T= temperatura (ºC)

Assume-se que a temperatura na zona anaeróbia de um local de disposição de

resíduos sólidos (LDRS) permanece constante por volta dos 35ºC não obstante da

temperatura ambiente (Bingemer & Crutzen, 1987). É recomendado o valor de 0,77

para a fração de COD obtido através da Equação (5.3.11). Caso haja informação

adicional, será de grande relevância para a determinação do CODf.

Fonte: Bingemer & Crutzen (1987) aExcluída a fração de lignina que se decompõe lentamente

96

e) Modelos Oonk & Boom (1995):

São apresentados os modelos de estimação de produção de biogás aplicados em

diversos aterros, os quais seguem abaixo:

Tabela 5.3.10 – Tipos de modelos e suas equações Tipos de Modelos Equações

Ordem Zero A k 1,87 ζα 0t = (5.3.12)

Primeira ordem t-k

10t1e k CA 1,87 ζ α = (5.3.13)

Multi-fase t-k

i1,i0,

3

1 it

i1,e k CA 1,87 ζ α ∑=

= (5.3.14)

Segunda ordem 2

1)(t 0202t )C/k(C kA 1,87 ζ α+

= (5.3.15)

Onde: α1 ⇒ Formação do gás de aterro por um certo tempo (m3. ano-1)

ζ ⇒ Fator de dissimulação

A ⇒ Quantidade de resíduo depositada (t)

k1 e k2 ⇒ Taxa de degradação constante (ano-1)

C0 ⇒ Quantidade de carbono orgânico no resíduo (kg/t de resíduo)

k1,i ⇒ Taxa de degradação constante de fração i (ano-1)

t ⇒ Tempo desde a deposição do resíduo (anos)

A constante de 1,87 adotada, indica o volume de biogás gerado por um kg de lixo em

m3.

Oonk & Boom (1995) fizeram estimativa dos parâmetros ζ, k1 e k2 que constituem

as Equações 5.3.12 a 5.3.15 sendo empregados em nove aterros da Alemanha, por meio

de dados levantados a respeito da quantidade, idade e composição do lixo,

disponibilizados pelos operadores dos aterros, como também a produção de biogás nos

projetos implantados nos locais. Baseada na experiência de vários especialistas, que

consideraram diversos fatores como o projeto do aterro e do sistema de drenagem, a

profundidade da camada de lixo, inclinação dos taludes e o material de cobertura, a

partir dessa experiência é que foram adotadas as eficiências de coleta dos sistemas de

aproveitamento do biogás.

Fonte: Oonk & Boom ,1995.

97

Segundo Oonk & Boom (1995) de um modo geral, um aterro projetado com

drenos de biogás verticais ou horizontais, possuindo espaçamento inferior a 70,00 m

entre os drenos e camada de cobertura de solo argiloso ou manta sintética impermeável

apresenta uma eficiência de coleta de aproximadamente 55%, sendo este valor adaptado

para cada caso de acordo com os seguintes itens:

� A presença de camada sintética impermeável na cobertura vem proporcionar uma

eficiência de coleta de 60% a 95% dependendo da possibilidade de migração do

biogás através do solo;

� A presença de solo argiloso na cobertura proporciona uma eficiência de coleta na

faixa de 60% a 75%, que dependerá da espessura da camada, da idade do aterro e da

possibilidade de migração do biogás através do solo;

� As distâncias entre drenos >100,00 m fazem com que seja reduzida de 5% a 10% a

eficiência do sistema de coleta;

� Os taludes com inclinações acima de 40º conseguem reduzir de 5% a 10% a eficiência

do sistema de coleta;

� A camada de lixo com altura acima de 20,00 m, faz aumentar a eficiência de 5 a 10%;

� A camada de lixo com espessura menor que 10,00 m, faz reduzir a eficiência em 5%.

Oonk & Boom (1995) ao aplicarem os modelos em diversos aterros na Holanda,

puderam comparar os resultados teóricos com medições de emissão de biogás na

superfície dos aterros, obtendo assim, maiores resultados com erros relativos menores

que 30% e, atribuindo os desvios encontrados nas comparações às incertezas nas

quantidades de lixo e nas eficiências de coletas adotadas. O modelo de ordem zero foi o

que apresentou maior erro, em torno de 44%. Os modelos de primeira e segunda ordem

apresentaram erros de 22%, enquanto o modelo multi-fase teve erro de 18%.

Constataram-se também diferenças entre os modelos multi-fase, primeira ordem e

segunda ordem, sendo que essas diferenças são relativamente pequenas e que o uso do

modelo de primeira ordem, mais simplificado que os outros modelos, consegue fornecer

resultados confiáveis em muitos casos.

Os resultados obtidos por Oonk & Boom (1995) nas estimativas dos parâmetros

presentes nas Equações 5.3.12 a 5.3.15 para os aterros de resíduos na Alemanha, são

expressos na Tabela 5.3.11.

98

Tabela 5.3.11 – Parâmetros estimados para os modelos de geração de biogás em aterros propostos por Oonk & Boom (1995) Tipos de Modelos Parâmetros

Ordem Zero ζ k0 = 2,4 kg/t ano

Primeira ordem ζ = 0,58;

k1= 0,094/ano.

Multi-fase

ζ = 0,58;

k1,1= 0,185/ano;

k1,2= 0,100/ano;

k1,3= 0,030/ano

Segunda ordem ζ= 0,65;

K2= 0,0012 t/kg ano

Fonte: Oonk & Boom, 1995.

Os parâmetros estimados por Oonk & Boom (1995) que são apresentados na

Tabela 5.3.11 são específicos para o caso de aterros alemães ou que possuam

composição do lixo e clima regional semelhante aos casos estudados.

f) Modelo GasSim

O modelo GasSim (Versão 1.00, Junho 2002) (Gregory et al., 2003) vem equipado

com duas aproximações matemáticas para calcular prognosticamente a emissão de

metano (manual GasSim Versão 1.00). A primeira aproximação usa a equação multi-

fase do GasSim, que é similar ao modelo descrito na Tabela 5.3.10. A segunda

aproximação para estimar a formação de LFG é a mesma usada pelo modelo LandGEM.

Assim da mesma maneira que o modelo LandGEM determina a massa de metano

gerada usando o potencial de geração de metano e a massa de carbono depositada, o

modelo GasSim faz a mesma determinação. A qualidade do LFG gerada é determinada

usando o potencial de geração de metano e a relação de metano com dióxido de

carbono. Tanto o modelo GasSim quanto o outro modelo pode matematicamente ser

descrito por:

99

[ ]( )[ ]

MV

/100CH1/LL

m

41 = (5.3.16)

Onde:

L1⇒ Potencial de geração de LFG (g/t)

Vm⇒ Volume molar (em CNTP) (2.241 x 10-2 m3 mol-1)

M⇒ Massa molar relativa de carbono (m3 Mg-1)

[CH4]⇒ Concentração de metano no LFG (%)

Através da determinação de L1 a massa disponível de carbono degradável pode ser

determinada por:

C = Ci x L1 (5.3.17)

Onde:

C ⇒ Massa de carbono degradável (Mg)

Ci ⇒ Massa de carbono depositada (Mg)

Para determinar a formação de metano L1 e C são aplicados em um modelo de

primeira ordem como descrito anteriormente e a emissão de metano é determinada pela

Equação 5.3.18.

Emissão CH4 (m3. h-1) = Produção CH4 – Recuperação CH4 – Oxidação CH4 (5.3.18)

g) Modelo EPER da França

O modelo Francês EPER (Budka, 2003) faz combinação de duas aproximações

para estimar a emissão de metano. O modelo pode ser dividido em dois cálculos:

1-Prognóstico de emissão de metano para células de aterro conectadas ao sistema de

recuperação de LFG através de uso de dados de recuperação de LFG pelo operador do

aterro.

100

2-Prognósticos de emissões de metano das células não conectadas ao sistema de

recuperação de LFG por um modelo convencional multi-fase (ADEME versão

15/12/2002).

A emissão de metano em células de aterro conectadas ao sistema de recuperação

de LFG pode ser calculada com as seguintes equações:

A = F x H x (CH4) (5.3.19)

Onde:

A⇒ Quantidade recuperada de LFG (m3. ano-1)

F⇒ Taxa de extração de LFG (m3. h-1)

H⇒ Horas de operação anual do compressor (h)

(CH4)⇒ Concentração de metano no LFG (%)

A é, então, corrigido para Nm3. ano-1 levando-se em consideração a pressão e

temperatura ambiente (CNTP) no momento da amostragem de qualidade do gás. A área

superficial das células conectadas ao sistema de recuperação de LFG e o tipo de

cobertura presente sobre aquela célula determinam a eficiência de recuperação. O

modelo pode calcular a produção de metano. Por exemplo, a zona em operação que não

tem camada de cobertura e é conectada em um sistema de recuperação de LFG irá

apresentar uma eficiência de coleta de LFG de 35%. 65% do LFG será eventualmente

emitido para atmosfera. A produção de metano para células conectadas ao sistema de

recuperação de LFG é calculada através da Equação 5.3.20.

η

AP = (4.4.20)

Onde: P⇒ Produção de metano (m3. ano-1) η ⇒ Eficiência de recuperação (%)

101

A formação de LFG das células de aterro que não são conectadas ao sistema de

recuperação de LFG é calculada por uma equação multi-fase seguindo o modelo

ADEME, que pode ser descrito como:

)e * k * p * A( * FE FE -kt

ix 1,2,3

ii0CH4∑ ∑= (5.3.21)

Onde:

FECH4 ⇒ Produção anual de metano (Nm3. ano-1)

FE0 ⇒ Potencial de geração de LFG (m3CH4 . t

-1 de resíduos)

pi ⇒ Fração de resíduos com taxa de degradação ki (kg . kg-1 de resíduo)

ki ⇒ Taxa de degradação da fração i (ano-1)

t ⇒ Idade do resíduo (ano)

Ai ⇒ Fator de normalização

O modelo descreve três categorias de resíduo e cada categoria tem uma formação

específica de LFG com capacidade por tonelada de resíduo. As três categorias são

mostradas na Tabela 5.3.12.

Tabela 5.3.12 – Categoria de resíduos de acordo com o modelo ADEME CATEGORIA I CATEGORIA II CATEGORIA III

Resíduo sólido Municipal Resíduo industrial Inertes

lamas Resíduo comercial

Resíduos de jardim Resíduo biológico pré-tratado Resíduos não-degradáveis

O modelo EPER assume um potencial de oxidação da camada de cobertura de

10%. O total de emissão de metano é então calculado pela Equação 5.3.22.

Emissão CH4 = P (1-η) * 0,9 + FECH4 * 0,9 (5.3.22)

Fonte: Joeri J. e Heijo S. (2001)

102

h) Modelo EPER da Alemanha

O modelo EPER (Wielenga, 2003) usado na Alemanha é um modelo de ordem

zero e pode matematicamente ser descrito por:

Me = M * BDC * BDCf * F * D * C (5.3.23)

Onde: Me ⇒ Quantidade de emissão difusa de metano (Mg . ano-1)

M ⇒ Quantidade anual de resíduo depositado (Mg)

BDC ⇒ Relação de carbono biodegradável (Mg C . Mg-1 de resíduo)

BDCf ⇒ Relação de carbono biodegradável convertido em LFG (%)

F ⇒ Fator de cálculo de conversão de carbono em CH4

D ⇒ Eficiência de coleta (ativo com perda de LFG – 0,4; não reuperado – 0,9; LFG

ativo, recuperado e coberto - 0,1)

C = (CH4) (%)

i) Modelo LandGEM da US EPA

O modelo USEPA (USEPA, 2000) é baseado no modelo LandGEM e utiliza as

Equações 5.3.18, 5.3.16 e 5.3.17.

j) Modelo de Produção de biogás segundo LIMA

O modelo é baseado segundo o grau de biodegradabilidade dos componentes

encontrados nos resíduos. Esses componentes podem ser divididos em quatro

categorias, como é mostrado na Tabela 5.3.13.

103

Tabela 5.3.13 - Grau de biodegradabilidade e componentes do lixo Grau de biodegradabilidade Componentes do lixo

Facilmente degradável (FD) Matéria orgânica, restos de alimentos,

folhas, etc.

Moderadamente degradável (MD) Papel e papelão e outros produtos

celulósicos.

Dificilmente degradável (DD) Trapo, couro, borracha, etc.

Não degradável (ND) Pedra, terra, vidro, metal, plástico fino e

grosso, diversos, etc.

Fonte: Lima, 2002

Segundo Lima (2002) ao aplicar esta metodologia de classificação ao lixo

amostrado, obteve-se os seguintes resultados:

Tabela 5.3.14 – Tipo de lixo e composição

Este método apresenta outro parâmetro básico que se refere ao tempo que cada

parcela classificada irá se decompor pela ação dos microorganismos, como pode ser

observado na Tabela 5.3.15.

Tabela 5.3.15 – Componentes e tempo de bioestabilização

Tipo de Lixo % (em peso)

FD 72,0

MD 18,9

DD 2,0

ND 6,9

Tempo (anos) Componentes

T0,5a T1

b

FD 2,0 4,0

MD 5,0 10,0

DD 20,0 100,0

ND - ∞

Fonte: Lima, 2002

Fonte: Lima, 2002. aMeia vida do componente em termos de bioestabilização. bTempo total para ocorrer a bioestabilização do componente.

104

O modelo também requer o fator de produção kn que representa a quantidade de

produção de metano em Nm3/t de lixo disposta no sistema, e que cada componente

classificado produzirá ao longo do tempo de processo.

Para os componentes facilmente degradáveis que tem um tempo maior de 4 anos,

como mostrado na Tabela 4.11, os valores de kn serão determinados ano-a-ano, como k1,

k2, k3, e k4. Da mesma maneira será feito para os componentes moderadamente

degradáveis que tem um tempo maior de 10 anos, em que os valores de kn serão

determinados como: k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10. Entretanto para realizar tal

determinação, certas condições são necessárias para início de cálculo:

Condições iniciais para FD e MD:

� Estimar que cada tonelada de lixo bioestabilizada produzisse, em média, 50 Nm3

de metano no período de 10 anos;

� Considerar como válidos os tempos estipulados na Tabela 4.11.

� Considerar que os percentuais de FD e MD do lixo classificado são responsáveis

por certa quantidade de metano dos 50 Nm3 que uma tonelada de lixo produzirá

ao longo de 10 anos, ou seja, quando T = T1.

As parcelas facilmente e moderadamente biodegradáveis presente em 1 tonelada

de lixo bioestabilizada, são obtidas tomando como base uma tonelada de lixo e os

valores percentuais referentes a FD e MD, como pode ser visto:

QLFD = (1.000 kg/t x percentual de FD)/100

QLMD = (1.000 kg/t x percentual de MD)/100

O valor relativo de cada fator de produção kn é determinado tomando as parcelas

facilmente e moderadamente degradáveis correspondentes aos tempos de

bioestabilização, como mostrados na Tabela 4.11, onde T1 = 4 anos para FD e 10 anos

para MD. Os equivalentes a cada parcela facilmente e moderadamente biodegradável

são determinados através das áreas percentuais distribuídas cuja soma total é de 100%.

St FD= S1 + S2 + S3 + S4 = 100%

St MD = S1 + S2 + ....... + S10 = 100%

105

As áreas são determinadas pelo modelo triangular de acordo com o tempo de

bioestabilização.

Fonte: Lima, 2002

Figura 5.3.g – Distribuição de áreas no cálculo de FD

Fonte: Lima, 2002

Figura 5.3.h – Distribuição de áreas para o cálculo de MD

S1

S2 S3

S4

50

40

30

20

10

1 2 3 4 Tempo (anos)

(%)

0

0

10

20

30

40

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tempo (anos)

(%)

S1

S2

S3

S4

S5 S6

S7

S8

S9

S10

106

Os resultados obtidos por este método são feitos determinando o peso efetivo

correspondente a cada fator e combinado com o valor percentual das áreas distribuídas,

mais a produção equivalente de metano/t de lixo e o ano de produção.

Segundo Lima (2002), empregando os dados obtidos é possível determinar a

produção de gás em aterros celulares e, com isso, dimensionar o sistema de exaustão

para controle ou uso do gás como energia alternativa.

5.4 - Movimento dos Gases em Aterros

Em condições normais, os gases produzidos no solo são emitidos para a atmosfera

mediante a difusão molecular. No caso de um aterro em atividade, a pressão interna é

normalmente maior que a pressão atmosférica, e os gases de aterro sairão mediante

difusão e fluxo convectivo (conduzido por pressão).

Outros fatores que influem no movimento dos gases do aterro incluem a absorção

dos gases em componentes líquidas ou sólidas e a geração ou consumo de um

componente gasoso através de reações químicas ou da atividade biótica. A equação

geral seguinte relaciona estes valores com um volume de controle unidimensional

(Vertical) (ver Figura 5.4.1).

G D V - t

C )(1 2

2

z zA +

∂

∂+

∂

∂=

∂

∂+

z

AA C

z

Cβα (5.4.1)

donde:

α = Porosidade total, cm3/cm3 (ft3/ft3).

β = Fator de retardação tendo em quantidade a troca de absorção e fase.

CA = Concentração do composto A, g/cm3 (lb.mol/ft3).

Vz = Velocidade de convecção vertical, cm/s (ft/d).

Dz = Coeficiente de difusão efetiva, cm2/s (ft2/d).

G = Parâmetro agrupado utilizado para justificar todos os términos de geração,

g/cm3.s (lb.mol/ft3.d).

z = Profundidade, m (ft).

107

A velocidade de convecção Vz na direção vertical pode ser estimada utilizando a

lei de Darcy da seguinte forma:

z

PVz

∂

∂−

µ

κ (5.4.2)

donde:

Vz = Velocidade de convecção, m/s (ft/d).

K = Permeabilidade intrínseca, m2 (ft2).

µ = Viscosidade da mistura de gás, N. s/m2 (lb . dt/ft3).

P = Pessão, N/m2 (lb/ft2).

z = Profundidade, m (ft).


Figura 5.4.1 – Volume de Controle para o movimento vertical do gás de aterro

Os valores típicos para a velocidade de convecção dos principais gases do aterro são

da ordem de 1 a 15 cm/d. Geralmente se leva enconta a resolução da equação (5.4.1)

utilizando os métodos numéricos de diferença finita ou elementos finitos juntamente

com computadores de alta velocidade.

As formas simplificadas da equação (5.4.1) podem ajudar a estimar as emissões sem

ter que recorrer a técnicas mais complexas de solução numérica que necessitem da

aplicação de programas computacionais. Por exemplo, se forem desprezados os efeitos

de absorção e produtivos, então a Equação (5.4.1) se reduz sob condições estáveis a:

Permeabilidade média com prosidade

Az

(Vz C)z+∆z

(Vz C)z

∆z

∂

∂−

zz

CD

Z+∆z

∂

∂−

zz

CD

Z

Volume de poros = α . Az . ∆z

O material acumula líquido no volume de poro e na superfície de grão médio.

Z+∆z Z

108

2

2

0dz

CdD

dz

dCV A

zA

z +−= (5.4.3)

Se não for produzido biogás em quantidades significativas deve-se então substituir a

parte difusiva da Equação (5.4.3), que pode ser integrada para dar a seguinte expressão:

dz

dCDN A

zA −= (5.4.4)

donde:

NA = Fluxo de gás, g/cm2.s.

O coeficiente de difusão efetiva é uma função da difusão molecular e da porosidade

do solo. A seguinte relação é determinada empiricamente para o movimento de vapor

limitante através do solo:

2

3/10)(

α

α gász DD = (5.4.5)

donde:

Dz = Coeficiente de difusão efetiva, cm2/s.

D = Coeficiente de difusão, cm2/s.

αgás = Porosidade cheia de gás, cm3/cm3.

α = Porosidade total em cm3/cm3.

Outro modo utilizado para determinar o coeficiente de difusão efetiva é o seguinte;

ταDDz = (5.4.6)

donde:

τ = Fator de tortuosidade (valor típico = 0,67)

109

5.4.1 - Movimento dos principais gases de aterro

Ainda que a maior parte do metano escape para a atmosfera, ambos, metano e

dióxido de carbono, hão de ser encontrados em concentrações de até 40% em distâncias

laterais que vão até 150 m dos bordos do aterro sem recobrimento. Em aterros sem

nenhuma ventilação, a extensão deste movimento lateral varia segundo as características

do material de cobertura e do solo circundante. Se tiver escapado o metano de uma

forma incontrolada, pode acumular-se (porque sua densidade é menor que o do ar)

debaixo de edifícios ou em outros lugares fechados, próximos ou dentro de um aterro

controlado. Com uma extração correta, o metano (CH4) não deve ser considerado um

problema (exceto pelo fato de que é um gás que influe no efeito estufa). Por outro lado,

o dióxido de carbono (CO2) é problemático por sua densidade. Como mostra a tabela

5.1.3 (op. cit.), o dióxido de carbono tem aproximadamente 1,5 vezes a densidade do ar

e 2,8 vezes a densidade do metano; por tanto, tende a mover-se para o fundo do aterro.

Como resultado, as concentrações de dióxido de carbono nas partes mais baixas do

aterro podem ser altas durante anos.

5.4.2 - Migração ascendente do gás de aterro

O metano e o dióxido de carbono podem ser emitidos através da cobertura do

aterro mediante a convecção e a difusão. O fluxo difusivo através da cobertura pode

estimar-se utilizando as Equações (5.4.4) e (5.4.5) supondo que o aumento de

concentração é linear e o solo é seco, por tanto αgás = α. Supondo que as condições

secas do solo introduzem um fator de seguridade, já que qualquer infiltração de água na

cobertura do aterro reduziria as porosidades cheias de gás, e por tanto reduziria o fluxo

de gás fora do aterro.

L

CCDN veratm AA

A

)(3/4−

−=α (5.4.7)

donde:

Na = Fluxo gasoso do composto A, g/cm2.s.

CAatm = Concentração do composto A na superfície de cobertura do aterro, g/cm3.

CAver = Concentração do composto A no fundo do aterro, g/cm3.

L = Profundidade do aterro, cm.

110

Os valores típicos para o coeficiente de difusão do metano e do dióxido de carbono são

0,20 cm2/s e 0,13 cm2/s.

5.4.3 - Migração descendente do gás de aterro

Finalmente, o dióxido de carbono, por sua densidade, pode acumular-se no fundo

do aterro. Se for utilizar um recobrimento de solo, o dióxido de carbono pode mover-se

desde então para baixo, principalmente mediante a difusão através do recobrimento até

que chega a água subterrânea (há que ressaltar que se pode limitar o movimento do CO2

utilizando um recobrimento geomembrana). O dióxido de carbono é facilmente solúvel

em água e pode reagir com esta para formar ácido carbônico, ou como é mostrado a

seguir:

CO2 + H2O H2CO3 (5.4.8)

Esta reação baixa o pH, que mais tarde pode aumentar a dureza e o conteúdo

mineral da água subterrânea mediante dissolução. Por exemplo, se o carbonato de cálcio

está presente na estrutura do solo, o ácido carbônico reagirá com este para formar

bicarbonato de cálcio solúvel, seguindo a seguinte reação:

CaCO3 + H2CO3 Ca2+ + 2HCO3- (5.4.9)

Reações similares se produzem com carbonatos de magnésio. Para uma

concentração dada de dióxido de carbono, a reação mostrada na equação (5.4.8)

procederá até que chegue ao equilíbrio, como se mostra na Equação (5.4.10).

H2O + CO2

CaCO3 + H2CO3 Ca2+ + 2HCO3- (5.4.10)

111

Então qualquer processo que aumente o dióxido de carbono livre causará a

dissolução de mais carbonato de cálcio. O aumento da dureza resultante é o efeito

principal da presença de dióxido de carbono na água subterrânea. A solubilidade em

água dos principais gases encontrados nos aterros pode ser calculada utilizando a Lei de

Henry. O efeito do dióxido de carbono sobre o pH do lixiviado pode ser estimado

utilizando a constante de dissociação para o ácido carbônico.

5.4.4 - Fatores que afetam a migração do gás

A direção, velocidade e distância de migração do gás de aterro dependem de inúmeros

fatores, descritos abaixo.

• Tipo de cobertura: Se a cobertura do aterro é constituída de material

relativamente permeável, tal como cascalho ou areia, então o gás migrará

provavelmente através da camada de cobertura. Se a cobertura do aterro

consistir de siltes e argilas, a permeabilidade é menor, o gás então tenderá

a migrar horizontalmente pelo subsolo. Se uma área do aterro é mais

permeável do que o resto, o gás migrará através daquela área.

• Caminhos naturais e não naturais: A utilização de drenos, trincheiras, e

passagens aterradas (túneis e dutos) podem atuar como condutores para a

movimentação do gás. A geologia natural sempre provém caminhos em

subsolo, tal como rocha fraturada, solo poroso, e canais aterrados, onde o

gás pode migrar.

• Velocidade e direção do vento: Naturalmente o gás de aterro (Landfill

gás) escapa para o ar pela superfície do aterro e é carregado pelo vento. O

vento dilui o gás com ar fresco movendo o gás para outras áreas do aterro.

A velocidade e a direção do vento determinam a concentração do gás no

ar, a qual pode variar grandemente de dia para dia, até de hora para hora.

Pela manhã, por exemplo, os ventos tendem a estar mais suaves levando a

uma menor diluição e dispersão do gás para outras áreas.

112

• Umidade: Condições de umidade superficial do solo podem impedir a

migração do gás, para o exterior, através da cobertura do aterro. Chuva e

umidade também podem infiltrar pelos vazios do aterro e fazer sair os

gases destes vazios.

• Níveis d’água no solo: O movimento do gás é influenciado pelas

variações apresentadas no nível d’água do solo. Se a água apresentada é

ascendente na direção de uma área, então forçará o gás de aterro ascender.

• Temperatura: Aumentos de temperaturas estimulam o movimento da

partícula de gás, tendendo também a aumentar a difusão do gás, desta

forma, o gás pode se dispersar mais rápido em condições de temperatura

mais elevada. Embora o aterro mantenha por si mesmo a temperatura

geralmente estável, ciclos de esfriamento e aquecimento podem causar

ruptura na superfície do solo, causando a migração do gás de aterro para

cima ou horizontalmente. O solo frio sobre o aterro pode prover uma

barreira física para a migração ascendente do gás, causando a migração

horizontalmente do gás de aterro através do solo.

• Pressão do gás no solo e barométrica: A diferença entre a pressão do gás

no solo e pressão barométrica é que ambas permitem o gás se mover

verticalmente ou lateralmente, dependendo se a pressão barométrica está

mais alta ou mais baixa do que a pressão do gás no solo. Quando a pressão

barométrica cai, o gás de aterro tenderá a migrar para fora do aterro. Assim

que a pressão barométrica sobe, o gás poderá permanecer retido no aterro

temporariamente até que seja estabelecido um novo balanço de pressão.

113

5.4.5 - Movimento de oligogases

Para as condições de borda mostradas na Figura 5.4.2, pode modificar-se a

equação (5.4.7) para os oligogases encontrados nos aterros da forma seguinte:

L

WCCDN iii

isatm

)(3/4 −−=

α (5.4.11)

donde:

Ni = Fluxo de vapor do composto i, g/cm2.s.

D = Coeficiente de difusão, cm2/s.

α = Porosidade do solo seco, cm3/cm3.

Ciatm = Concentração do composto i na superfície de cobertura do aterro, g/cm3.

Cis = Concentração saturada de vapor do composto i, g/cm3.

Wi = Fator para justificar a fração atual do composto i nos resíduos.

Ci, Wi = Concentração do composto i no fundo de cobertura do aterro, g/cm3.

L = Profundidade de cobertura do aterro, cm.

Pode ser simplificada a Equação (5.4.11) supondo que Ciatm é zero, esta suposição

é razoável, porque a concentração de oligoconstituintes quando chegam à superfície do

aterro diminuirá rapidamente pela dispersão causada por vento e por difusão causada

por ele antes. Com esta suposição, a estimação para o fluxo de massa de gás será

conservada; qualquer incremento de Ciatm produzirá um denso fluxo de massa. A forma

simplificada da Equação (5.4.11) é:

L

WCDN

ii

is

)(3/4α= (5.4.12)

114


Figura 5.4.2 – Esquema do movimento de oligogases de aterro através da

cobertura do aterro.

Segundo Tchobanoglous et al. (1994), os valores do coeficiente de difusão D para

os oligocompostos podem variar de acordo com a temperatura como mostra a Tabela

5.4.1.a. Os valores de porosidade normalmente variam de 0,001 até 0,30 para diferentes

tipos de argila. O termo CisWi corresponde a concentração do composto na parte

superior do aterro, bem debaixo da cobertura. Se não há medidas disponíveis realizadas

no campo de trabalho, se pode estimar o valor do término CisWi utilizando os dados da

Tabela 5.4.1.b de Cis e Wi para os oligocompostos apresentados. Os valores para o termo

Wi mostrados na Tabela 5.4.1.b foram obtidos de medições totais em 44 aterros para

resíduos municipais da Califórnia. Se um composto interessante não está listado na

Tabela 5.4.1.b, pode-se utilizar um valor de 0,001 como estimação de Wi. As

concentrações de saturação Cis para outros oligocompostos orgânicos são apresentadas

na Tabela 5.4.1.c. Quando for estimar no campo de trabalho o valor do termo CisWi,

deverão ser feitas medidas implantando uma sonda de gás através da cobertura do

aterro até um ponto exato ao atravessá-la, e registrar a concentração do composto e a

temperatura nesse ponto do aterro. Obtendo medições reais no campo de trabalho se

pode estimar a taxa média de emissão-muito mais rápida.

Cobertura do Aterro

Interior do Aterro

Sonda para controlar o gás do aterro.

Cis

CisWi

Z = L

Z = 0

Cis = Concentração em vapor de sturação do componente i Wi = Fração em peso do componente i

Atmosfera Ciatm

115

Tabela 5.4.1.a – Coeficiente de Difusão dos Oligocompostos

TEMPERATURAS

0ºC 10ºC 20ºC 30ºC 40ºC 50ºC Compostos

COEFICIENTE DE DIFUSÃO (D)

Etilbenzeno 0,052 0,055 0,059 0,062 0,066 0,069

Tolueno 0,056 0,060 0,064 0,068 0,073 0,077

Tetracloroeteno 0,053 0,057 0,061 0,065 0,069 0,073

Benzeno 0,066 0,070 0,075 0,081 0,086 0,091

1,2-Dicloroetano 0,063 0,068 0,072 0,077 0,082 0,088

Tricloroeteno 0,059 0,063 0,067 0,072 0,077 0,082

1,1,1-Tricloroetano

0,058 0,062 0,067 0,071 0,076 0,081

Tetracloreto de caborno

0,058 0,062 0,066 0,071 0,075 0,080

Clorofórmio 0,065 0,070 0,075 0,080 0,085 0,090

1,2-Dicloroeteno 0,077 0,082 0,087 0,092 0,097 0,102

Diclorometano 0,074 0,080 0,085 0,091 0,097 0,103

Cloreto de vinila 0,080 0,085 0,091 0,098 0,104 0,110

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994) Tabela 5.4.1.b – Medidas e saturações das concentrações de 10 compostos traçadas

em fase gás

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994) *Medições tomadas em 44 aterros da Califórnia (adaptado).

Concentração em mg/m3 Compostos

Máximo medido* Valor de saturação Fator de escala, Wi

Benzeno 135,9 319.000 0,0004 Clorobenzeno 6,8 54.000 0,0001 Etilbenzeno 414,5 40.000 0,01

1,1,1 – Tricloroetano 86,3 715.900 0,0001 Cloroeteno 89,2 8.521.000 0,00001

Tetracloroeteno 1.331,7 126.000 0,01 Tricloroeteno 85,1 415.000 0,0002

Diclorometano 871,5 1.702.000 0,0005 Triclorometano 63,9 1.027.000 0,00001

Tolueno 1.150,5 110.000 0,01

116

Tabela 5.4.1.c – Concentração de Vapor dos Oligocompostos TEMPERATURAS

0ºC 10ºC 20ºC 30ºC 40ºC 50ºC Compostos

CONCENTRAÇÂO DE VAPOR SATURADO (Cis)

Etilbenzeno 12,48 23,47 42,44 73,08 119,7 189,9

Tolueno 36,26 62,65 110,9 180,4 278,5 420,9

Tetracloroeteno 39,95 74,27 127,1 210,7 340,0 581,9

Benzeno 123,9 208,1 325,0 504,6 740,7 1.063

1,2-Dicloroetano 139,6 230,0 363,0 560,7 831,9 1.194

Tricloroeteno 154,5 268,4 424,8 654,5 984,1 1.417

1,1,1-Tricloroetano

282,2 461,3 715,59 1.081 1.580 2.240

Tetracloreto de caborno

289,3 470,9 741,2 1.124 1.648 2.353

Clorofórmio 427,9 676,7 1.026 1.517 2.166 3.012

1,2-Dicloroeteno 626,7 961,8 1.428 2.048 2.862 3.901

Diclorometano 773,6 1.165 1.702 2.410 3.322 4.472

Cloreto de vinila 4.701 6.413 8.521 11.090 14.130 17.660


5.5 - Controle Passivo dos Gases de Aterro

O controle do movimento dos gases de aterro é feito para reduzir as emissões

atmosféricas, para minimizar a saída de emissões com mau cheiro, para minimizar a

migração subsuperficial de gás, e para permitir a recuperação de energia a partir do

metano. Os sistemas de controle são classificados como passivos e ativos. Nos sistemas

passivos de controle de gás, se utiliza a energia em forma de vácuo induzido para

controlar o fluxo de gás. É possível obter o controle passivo dos gases, principais e

oligogases, enquanto se estão produzindo os gases principais a altas velocidades,

proporcionando caminhos de mais alta permeabilidade para guiar o fluxo de gás na

direção desejada. Por exemplo, uma vala de brita pode servir para conduzir o gás até um

sistema de ventilação com queimador. Quando a produção dos principais gases é

limitada, os controles passivos não são muito eficazes, porque a difusão molecular será

o mecanismo de transporte predominante. Contudo, nesta etapa da vida do aterro talvez

não seja tão importante controlar a emissão residual de metano presente no gás de

aterro. O controle das emissões de COV (Compostos Orgânicos Voláteis) pode precisar

do uso de ambas as instalações, passivas e ativas.

117

5.5.1 - Ventilação para rebaixar a pressão/queimadores na cobertura do aterro

Um dos métodos passivos mais comuns para controlar os gases de aterro se baseia

no fato de que se pode reduzir a migração lateral dos gases de aterro rebaixando a

pressão do gás dentro do interior do aterro. Para esta finalidade, são instaladas chaminés

através da cobertura final da massa de resíduos sólidos (ver Figura 5.5.1). Se o metano

no gás que está escapando for de concentração suficiente, então podem ser conectadas

várias chaminés equipadas com um queimador de gás. Quando se utilizam queimadores

de gás residual, a chaminé deve penetrar nas células de lixo. A altura do queimador de

resíduos pode variar superficialmente de 3,00 a 6,00 m. O queimador pode ser aceso

manualmente ou com uma chama piloto contínua. Para conseguir o máximo proveito da

instalação de um queimador de gás de resíduos sólidos deverá utilizar a chama piloto

(ver Figura 5.5.2). Há que ressaltar, contudo, que as chaminés passivas com

queimadores talvez não obtenham uma destruição eficaz dos odores e dos COV, não

alcançando as exigências para o controle da qualidade do ar de muitos órgãos

ambientais e, por tanto, não é considerada sua utilização como uma boa prática.


Figura 5.5.1 – Chaminés de gás utilizadas na superfície de um aterro para o controle passivo do gás de aterro: (a) Chaminé de gás para um aterro que não contém um recobrimento com geomembrana, e (b) Chaminé de gás para um aterro que contém um recobrimento com geomembrana sintética.

90 cm

Variável

Solo compactado

Selador (mistura de areia-betonita)

Areia c/ geotêxtil em

cima e embaixo

Respirador de gás de PVC, 10 a 15 cm

Furos de Ø11 cm a

cada 15 cm

(a)

90 cm

Variável

Furos de Ø11 cm a

cada 15 cm

Geomembrana circular soldada com solvente a guia e soldado por extrusão ao recobrimento de geomembrana.

Guias de PVC com junta de borracha

(b)

Recobrimento geomembrana

Respirador de gás de PVC, 10 a 15 cm

118

5.5.2 - Valas perimetrais de interceptação

Segundo Tchobanoglous et al. (1994), a interceptação do movimento lateral dos

gases de aterro pode ser feita utilizadando as valas perimetrais, que consiste em valas

interceptoras cheias de brita que contém tubulações horizontais de plástico perfurado

(normalmente cloreto de polivinila, PVC, ou polietileno, PE) (ver Figura 5.5.3). A

tubulação perfurada está conectada a chaminé vertical, através da qual o gás de aterro

que se acumula no recheio do fundo da vala pode se dirigir para a atmosfera. Para

facilitar a coleta do gás na vala, frequentemente é instalado um recobrimento de

membrana na parede da vala que está localizada no lado externo do aterro.

5.5.2.1 - Vala perimétrica tipo barreira

As valas do tipo barreira (ver Figura 5.5.3b) normalmente são preenchidas com

materiais relativamente impermeáveis, como betonita ou massa de argila. Neste caso, a

base se converte em uma barreira física para o movimento lateral subsuperficial. O gás

de aterro se distancia da face interna da barreira com chaminés para a extração de gás de

aterro ou com bases cheias de brita. Contudo, as bases podem sofrer ruptura por

dessecação, e por tanto são utilizadas mais freqüentemente em projetos para interceptar

as águas subterrâneas. A eficácia das bases de barreira, em longo prazo, para controle da

migração dos gases de aterro é incerta (Tchobanoglous et al., 1994).

119


Figura 5.5.2 - Queimador típico tipo candelabro para gás de resíduos, utilizado para queimar o gás de aterro procedente de um poço de ventilação ou de vários poços de ventilações interconectados: (a) sem chama piloto e (b) com chama piloto.

(a)

Tubulação de aço (ou PVC) perfurada de 5-7,5 cm

Bombona de gás (opcional)

Queimador, respiradouro ou tela para o vento.

Fornecimento de gás para a chama piloto

Cinta de encanador

Corrente

Terra compactada

União (opcional)

Brita #2

~

3.00 m

0.69 m

Variável

0.60 m

(b)

120

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994) Figura 5.5.3 – Instalações passivas utilizadas para controlar o gás de aterro: (a) base interceptora recheada com brita y com tubulação perfurada; (b) base de barreira perimétrica, e (c) uso de recobrimento impermeável no aterro. Há que ressaltar, que as bases interceptoras perimétricas são usadas para controlar a migração de gás de aterro em aterros sem recobrimento.

Gás de aterro queimado ou convertido em energia

Sistema de coleta de lixiviado

Sistema de cobertura impermeável

Poços de coleta de gás

Poço cheio de brita

Sistema de isolamento

impermeável

(c)

Aterro

Parede de barro colocada em volta do aterro

Gás de aterro Parede de barro projetada de modo

de baixa permeabilidade

(b)

Aterro

Vala de brita em volta do aterro

Drenagem

Saída de gases da tubulação perfurada. Gás queimado ou difundido à

atmosfera

Gás de aterro

Tubulação perfurada para a

eliminação de gás

(a)

121

5.5.3 - Barreiras impermeáveis dentro dos aterros

Nos aterros modernos, o movimento dos gases através das formações adjacentes

do solo é controlado, antes de começar as operações de enchimento, como a construção

de barreiras de materiais que são mais impermeáveis que o solo (ver Figura 5.5.3c).

Alguns dos materiais usados para este fim são identificados na Tabela 5.5.1. Para

controlar o lixiviado, o mais comum é o uso de argilas compactadas e geomembranas de

várias classes, simples ou em configurações multilaminares. Como os principais gases e

os oligogases se difundem através dos recobrimentos de argila, atualmente muitos

órgãos ambientais exigem o uso de geomembranas para limitar o movimento dos gases

de aterro.

Tabela 5.5.1 – Materiais seladores de aterro para o controle do movimento de gás

e lixiviado


5.5.4 - Uso de barreiras absorventes para oligogases dentro do aterro

Com base nos resultados dos programas de amostragem feitos pela Junta de

Califórnia para Gestão Integral de Resíduos, é claro que os oligogases estão presentes

Selador

Classificação Tipos Comentários

Solo compactado _ Deverá conter algo de argila e lodo fino.

Argila compactada Betonitas, ilitas, caolinitas

O material de selagem mais frequentemente

usado para os aterros; a espessura da camada

varia de 0,15 a 1,2 m; a camada deve ser

contínua, não permitindo que se seque ou trinque.

Químicas inorgânicas Cabornato de sódio, silicato ou

pirofosfato Seu uso depende das características do solo local.

Químicas sintéticas Polímeros, borracha de látex Experimental; sua utilização em campo não está

bem definida.

Recobrimento de

membrana sintética

Cloreto de polivinila, borracha

butílica, polietileno, recobrimentos

reforçados de nylon

Frequentemente utilizado para o controle do

lixiviado; utilização incrementada para controlar

o gás de aterro.

Asfalto

Asfalto modificado, asfalto

impregnado de borracha, tecido de

polietileno recoberto de asfalto,

concreto asfáltico

A capa deve ser suficientemente espessa para

manter a continuidade inferior das diferentes

condições de consolidação.

Outros Concreto jateado, cimento de solo,

cimento plástico de solo.

Não são utilizados com freqüência no controle do

movimento de gás e lixiviado por gretas de

concentração após a construção.

122

nos aterros em concentrações bastante variáveis. Gradientes de alta concentração

causam um elemento de fluxo de oligogases de grande difusão, até mesmo quando há

pouquíssimo transporte por convecção da mistura de gás principal em forma de fluxo. A

utilização de material absorvente, tal como composto, pode retardar a saída de

oligogases. Desta forma, os mecanismos de transformação bióticos e/ou abióticos

podem contar com mais tempo para degradar os oligocompostos absorvidos.

5.5.5 - Controle Ativo de Gases de Aterro com Instalações Perimétricas É possível controlar o movimento de gás de aterro mediante o uso de chaminés e

bases perimétricas para a extração de gás, criando um vazio parcial que origina um

gradiente de pressão em direção a chaminé de extração. O gás extraído é queimado para

controlar as emissões de metano e COV, ou se utiliza para produzir energia. O uso de

chaminés com injeção de ar pode ser descrita na seguinte maneira:

a) Chaminés perimétricas para a extração de gás e para o controle de odores

Normalmente as chaminés (ver Figura 5.5.4.a) perimétricas são utilizadas em

aterros com profundidades de resíduos sólidos de pelo menos 8,00 m, quando a

distância entre o aterro e a urbanização adjacente é relativamente pequena. Trata-se de

uma série de chaminés verticais instaladas pra dentro do aterro ao longo de sua borda ou

pra dentro na área localizada entre a borda do aterro e a base do lugar. Cada chaminé é

conectada a um tubo coletor simples que depois será conectado a um compressor

elétrico centrífugo, que produz vácuo (pressão negativa) no coletor e nas chaminés

individuais. Quando é aplicado o vácuo, é criada uma zona ou raio de influência que se

propaga à massa dos resíduos sólidos ao redor de cada chaminé e dentro da qual o gás

gerado é aspirado para a chaminé. Normalmente o gás extraído do aterro é ventilado ou

queimado, de uma maneira controlada, na estação do compressor. Também é possível

utilizar o gás extraído como fonte de energia se a quantidade que se pode recolher e a

qualidade são suficientes.

O desenho de uma chaminé de extração de gás consiste em uma tubulação de 10 a

16 cm de diâmetro (sempre de PVC ou PE) colocada em uma abertura de 0.45 a 0.90 m

(ver Figura 5.5.5). De um terço à metade inferior, a tubulação é perfurada e colocada

sobre um recheio de brita. A parte que não é perfurada se coloca num aterro de solo

(preferencialmente) ou de resíduos sólidos. São espaçadas as chaminés para que suas

zonas de influência sejam sobrepostas. A diferença dos poços para a água, a zona de

123

influência para as chaminés verticais é essencialmente uma esfera estendida em todas as

direções a partir da chaminé de extração (ver Figura 5.5.4.a). Por esta razão, se deve

tomar muito cuidado para evitar uma sobre carga no sistema. Taxas de extração

excessivas podem fazer com que o ar originário do solo se infiltre na massa de resíduos.

Para prevenir a entrada de ar, a taxa de fluxo de gás para cada chaminé deve ser

controlada cuidadosamente. Para esta finalidade são equipadas as chaminés com

tomadas para amostragem do gás e válvulas para controlar o fluxo. De acordo com a

profundidade do aterro e outras considerações locais, o espaço entre as chaminés

perimétricas variará de 8.00 a 16.00 m, ainda que se haja utilizado distâncias maiores.

Em grandes aterros, também são utilizadas chaminés perimétricas verticais para a

extração do gás localizado no interior do aterro em conjunto com chaminés horizontais

e verticais maiores. As chaminés perimétricas são utilizadas para controlar a migração

fora do lugar dos gases de aterro nos bordos e superfícies do aterro. Quando são

utilizadas chaminés perimétricas para controlar as emissões odoríferas através das

superfícies de aterro, mantêm-se as superfícies de aterro com ligeiro vácuo.

124


Figura 5.5.4 - Instalações ativas utilizadas para o controle subsuperficial da migração do gás de aterro: (a) chaminés perimétricas para a extração do gás do aterro e (b) vala perimétrica para a extração do gás de aterro.

Resíduos

A

A’

Corte – AA’

Poço de gás Condução de gás

Poço de gás de extração de gás de

aterro

Borda do aterro

Condução de gás

Sondas de controle de

gás Coletor de

condensado

Zona aproximada de influência

Zona aproximada de influência

Estação de extração

B

B’

Sondas de controle de

gás

Corte BB’

Recobrimento de membrana

sintética

1

2

1-Vala recheada; 2-Tubulação coletora de gás.

Estação de extração

Coletor de condensado

Vala de extração de

gás

Tubulação coletora de

gás perfurada

(a)

(b)

Borda do aterro

125

Fonte: Tchobanoglous et al. (1994) Figura 5.5.5 - Detalhe representativo de uma chaminé para a extração do gás de aterro.

(cortesia da Junta de Califórnia para a Gestão Integral de Resíduos).

Brita

Tubulação ranhurada de PVC

Betonita

União telescópica

Tubulação de PVC

Betonita

Recheio de brita

Entrada para medir o fluxo de gás

Condução de gás Recheio

Câmara Registro de passe

Válvula de 0,5 cm

Ponto de amostragem Conexão

flexível

0.90 m

0.15 m

0.80 m

Variável

0.60 m

Variável

0.30 m

Buraco de Ø 0.76 m

Pro

fund

idad

e do

poç

o va

riáv

el

126

b) Valas perimétricas para a extração de gás

As bases perimétricas de extração (ver Figura 5.5.4.b) normalmente são instaladas

no solo original adjacente do perímetro do aterro. São utilizadas normalmente em

aterros pouco profundos, com profundidades de 8.00 m ou menos. As bases estão cheias

de brita e contém tubulações de plástico perfuradas que se conectam lateralmente a um

coletor e compressor centrífugo de extração. As valas de extração podem estender-se

verticalmente desde a superfície do aterro até a profundidade total dos resíduos ou até a

água subterrânea, e podem ser seladas adicionalmente na superfície com um

recobrimento de membrana. O compressor cria uma zona de pressão negativa em cada

vala que se estende para os resíduos sólidos. O gás de aterro migrando nesta zona é

aspirado pela tubulação perfurada e coletado, e subsequentemente emitido ou queimado

na estação do compressor. Também podem ser feitos ajustes no fluxo mediante válvulas

de controle em cada vala (Tchobanoglous et al., 1994).

c) Chaminés perimétricas com injeção de ar (sistema de cortina de ar)

As chaminés perimétricas com injeção de ar é uma série de chaminés verticais

instaladas no solo original entre os limites do aterro e as instalações que devem ser

protegidas contra a intrusão de gás do aterro. Normalmente são instaladas as chaminés

com injeção de ar perto do aterro com profundidades de resíduos de 7.00 m ou mais, em

áreas de solo inalterado entre o aterro e as propriedades potencialmente afetadas

(Tchobanoglous et al., 1994).

5.6 - Técnicas Utilizadas em Monitoramento de Gás Metano

Segundo Börjesson et al. (2000), o método tradicional de medição de campo das

emissões de gás metano (CH4) em um aterro é o uso de câmaras estáticas, que são

colocadas na superfície do aterro com uma parte aberta aderida a superfície, medindo

então a concentração de gás metano acumulado na câmara. Este método é bastante

simples, porém trabalhoso, pois requer a proporção total de emissões do aterro.

127

Tabelas 5.6 – Estimativas de emissões totais de metano de resíduos sólidos domiciliares

SITUAÇÃO ÁREA (ha) Quantidade de

Resíduos (kg)

Emissões

(g CH4 m-2 h-1)

Referência

Alemanha (Lübars) 29 * 1.9a,b Jager e Peter,

1985

Rússia (Moscou) 60 (24 x 106 m3) 0.60a,b Nozhevnikova et

al. 1993

Japão (Tókio) 200 31 x 109 8.3 Tohjimay e

Wakita, 1993

França (desconhecido) 3 * 0.44 Pokryszka et al.

(1995)

EE.UU (Oak Ridge) 7 * 0.27 Hodve et al.

(1995)

EE.UU (Nashua) 24 2 x 109 2.58 - 2.80b,c Mosher et al.

(1996)

Holanda (18 sítios) 1.7 – 30 0.17 – 2.3 x 109 0.05 – 10.2b Oonk e Boom,

1995

Suécia (Hagby) 0.4 10 x 106 0.90 Börjesson e

Svensson, 1997

Holanda (Nauerma) 60 5.4 x 109 0.375 Scharffy e

Hensen, 1999

França (Randy-Condé) 8 * 0.06 – 3.7d Trégourès et al.

(1999)

Suécia (Falköping) 3 (0.3 x 106 m3) 1.25 Galle et al. 2001

Isto se deve principalmente a heterogeneidade espacial da cobertura do aterro.

Contudo, o método é apropriado somente para comparações entre diferentes partes de

um sítio, ou para seguir as mudanças dinâmicas devido a fatores climáticos e outros. A

maior parte do metano escapa por algumas partes debilitadas da camada de cobertura do

aterro, o que a maioria das vezes é difícil de identificar e medir. Investigações recentes

indicam que estes lugares quentes se movem com o tempo (Börjeson et al., 2000). As

razões podem ser que a intensidade da produção de metano se translada entre diferentes

Fonte: Börjesson et al., 2000 a Recalculado de valores anuais b Foram feitas conversões supondo que 1 m3 CH4 = 1 Nm3 CH4 = 0.656 kg CH4 c Foram usados dois métodos; câmaras/ geoestatística e gás traçador d Sete métodos diferentes; três com câmaras e quatro de tecnologias de teledetecção * Não se sabe ao certo

128

partes de um sítio, dependendo da composição dos resíduos e pelo tempo em que se

produz a degradação, assim como mudar os materiais de cobertura devido a diferenças

de umidade, afetando as características da difusão de gás, como também o transporte de

gás e provavelmente a oxidação de metano mediante bactérias nas coberturas de solo

próximas a superfície. Os dados existentes das emissões de metano de aterros se

encontram na Tabela 5.6. O primeiro informe de Jager e Peters (1985) se baseava em

medições com câmaras estáticas colocadas no que se consideravam áreas

representativas durante diferentes épocas de uma estação. Börjesson e Svensson (1997)

usaram câmaras colocadas em um eixo. As câmaras estáticas também foram usadas por

Nozhevnikova et al. (1993) e Mosher et al. (1996) (in Börjesson et al., 2000), ordenadas

em forma de grelhas para possibilitar um tratamento geoestatístico de dados (krigagem)

para a integração de câmaras individuais. Este tipo de estatística também foi aplicado

por Pokryszka et al. (1995) que utilizou uma câmara dinâmica (com fluxo de gás inerte

para o arraste). Exemplos de teledetecção e tecnologia usada na superfície são, um

detector de ionização de chama móvel (FID) (Tohjima e Wakita 1993), e diodos laser

(Hovde et al., 1995; Scharffy e Hensen, 1999) (in Börjesson et al., 2000). O gás

traçador foi usado em combinação com o FID (Mosher et al., 1996; Trégourès et al.

1999) e combinado com as análises FTIR (Transformação Infra-Vermelha Fourier) –

(Galle et al., 2001). A meteorologia local em combinação com o FID foi usada em 18

sítios da Holanda por Oonk e Boom (1995). Sua informação é a primeira que conta com

uma recontagem nacional de dados de campo calculados. Estimaram as emissões de gás

metano dos aterros controlados dos Países Baixos em 1993 em 282 Gg de metano (364

gerados, 51 captados e 31 oxidados) com uma classe de incerteza de 170 – 405 Gg. Isto

levou a redução da recontagem anterior em uns 25%.

5.6.1. Estudos comparativos de técnicas utilizadas em medições de metano

Czepiel et al. (1996) têm feitos estudos comparativos, e também têm publicado

um cálculo para o estado norte-americano de New Hampshire. Este grupo publicou mais

tarde um estudo similar (Morsher et al., 1999). Em ambas as informações, se conclui

que as câmaras estáticas (em combinação com a geoestatística) e uma técnica de

teledetecção com gás traçador/FID deram resultados comparáveis. Tanto Oonk e Boom

(1995) como Trégourès et al. (1999) informaram que os métodos micrometeorológicos

deram valores mais baixos que as câmaras. Trégourès et al. (1999) compararam sete

métodos diferentes para medir emissões de metano. Dois tipos de diodo laser deram

129

valores mais baixos que outros métodos. Câmaras, FID e FTIR deram resultados

similares. Galle et al. (2001) usaram gás traçador, combinado com medições óticas

(FTIR), o que mostrou emissões 4 vezes maiores que uma estimação comparativa,

baseada em câmaras/geoestatística (Börjesson et al., 2000). A diferença se deve

provavelmente a uma grelha demasiadamente rígida das câmaras, para cobrir os lugares

quentes, é dizer que são fluxos mais altos. É demonstrado também que os resultados

das câmaras contêm uma variação enorme. Mais além de sua limitada confiabilidade,

outro aspecto importante é o consumo do tempo. Em consideração, estas câmaras

também são inferiores as técnicas de tecnologias de teledetecção e superficiais (Oonk e

Boom, 1995, Czepiel et al., 1996, Börjesson et al., 2000). As tecnologias de

teledetecção obviamente são superiores e hoje são as únicas confiáveis para determinar

as emissões totais de metano em aterros (Sic Böjersson et al., 2000).

5.7 - Oxidação de Metano

5.7.1. Bactérias oxidadoras de metano

Parte da difusão de metano nos materiais de cobertura dos aterros pode ser

oxidada mediante bactérias metanotróficas, que utilizam as seguintes reações para

ganhar energia e carbono para seu crescimento (Hanson e Hanson, 1996):

CH4 �CH3OH�HCHO�HCOOH�CO2 (5.7)

É gerada energia em todos os passos, exceto o primeiro. O HCHO (formaldeido)

intermediário pode ser usado por bactérias para as síntesis de novo material celular. O

HCHO também pode ser transformado e armazenado com polímeros. Os polímeros

também podem ser eliminados, alguns em quantidades tão consideráveis que a ação da

bactéria de oxidação de metano é bloqueada (Hilger et al., 1999).

130

Tabela 5.7 – Estimativas de oxidação de metano em aterros sanitários feitos com análises de metano 13C

Local Nº de aterros Método

Proj. de CH4

oxidado (% das

emissões)

Referência

Alemanha,

Holanda 2 Câmaras 39/46

Bergamaschi et

al., 1998

New Hampshire,

EE.UU 6 Pluma 10

Liptay et al.,

1998

New Hampshire,

EE.UU 1 Pluma 12 ± 8

Chanton et al.

1999

Flórida, EE.UU 1 Câmaras 20 ± 3 Chanton e Liptay,

2000

Suécia 2 Câmaras >20 Börjesson et al.,

2001

Fonte: Börjesson et al., 2000

Mediante o uso de análises PLFA (ácidos graxos de fosfolipídeos) é mostrado que

a oxidação de metano em coberturas de aterros pode estar vinculada com dois tipos

principais de bactérias metanotróficas, mas não tão simples de interpretar (Börjesson et

al., 1998). Os métodos de biologia molecular foram desenvolvidos recentemente, o que

permite uma determinação de organismos oxidantes de metano em amostras de solo

(Wise et al.,1999), mas ainda não são feitas medições quantitativas com esta técnica.

5.7.2. O significado da oxidação de metano em aterros controlados

Comparações na capacidade de oxidação de metano com medições em incubações

de amostras de solo em excesso de metano (Whalen et al. 1990, Börjesson et al. 1998),

e em experimentos de coluna (Kightley et al., 1995), têm dado resultados similares com

uma capacidade de oxidação entre 0.14 e 16.8 gCH4 m-2 h-1. Estas capacidades seriam

suficientes para captar a maior parte de metano produzido no interior destes aterros, mas

obviamente não é este o caso. Recentemente, tecnologias de 13C para a estimação da

oxidação de metano foram desenvolvidas para ser utilizadas em estudos de aterros.

Provavelmente esta é a maior metodologia na atualidade. O método (descrito por Liptay

et al.,1998) mostra o hábito de que as metanotróficas preferem o metano que contém

isótopos comuns, sem grandes importância os de 12C, discriminando o metano que

131

contém o 13C mais pesado. A oxidação de metano então, pode ser estimada mediante

comparações contendo 13C em metano da superfície do aterro com 13C em metano

encontrado em seu interior (na parte anaeróbia). Requer saber quão grande é esta

discriminação, por exemplo, se deve determinar o fator de fracionamento αox. Este fator

varia segundo o tipo de solo e as temperaturas. De forma similar às medições de

emissões totais com técnicas de gás traçador também deveriam ser feitas análises do 13C

do metano na pluma, porque é importante incluir fluxos dos lugares quentes. De outra

maneira há um risco de superestimar a oxidação. Uma comparação entre os valores

obtidos de medições de câmara e pluma, indica uma tendência a valores mais baixos de

pluma que de câmara (Böjersson et al., 2000).

Entre os fatores climáticos, a temperatura provavelmente é o regulador mais

importante. Experimentos com 13C têm demonstrado que não há oxidação de metano em

temperaturas abaixo de 0ºC (Chanton et al., 1999, Börjesson et al., 2001). Destes

resultados, também é claro, que a oxidação ocorreu somente na camada superficial.

5.8 - Gestão do Gás de Aterro

Normalmente, os gases de aterro que hão de ser recuperados de um aterro ativo

podem ser queimado ou utilizado para a recuperação de energia em forma de

eletricidade. Recentemente, há de se sugerir a separação do dióxido de carbono do

metano no gás de aterro, como uma alternativa a produção de calor e eletricidade.

5.8.1 - Incineração dos gases de aterro

Um método comum para tratar os gases de aterro é a destruição térmica, onde é

queimado o metano e qualquer outro oligogás (incluindo COV) na presença de oxigênio

(contido no ar), produzindo-se dióxido de carbono (CO2), dióxido de enxofre (SO2),

óxidos de nitrogênio e outros gases relacionados. A destruição térmica dos gases de

aterro normalmente é feita em uma instalação de combustão especialmente projetada.

Pelas inquietações existentes acerca da contaminação do ar, as instalações modernas são

projetadas para cumprir rigorosas especificações de operação, que assegurem a

destruição total de COV e de outros compostos similares que podem estar presentes no

gás de aterro. Por exemplo, um requisito típico poderia ser uma temperatura de

incineração mínima de 815 ºC e um tempo de residência de 0,3 a 0,5 s, assim como

diversos controles e uma instrumentação adequada na estação de combustão. Na Tabela

5.8.1 estão resumidas as especificações para uma instalação moderna de combustão.

132

Tabela 5.8.1 Elementos de projeto importantes para os queimadores de gás de aterro selados a

nível de solo Dispositivos Observações

Indicador e registrador de temperatura

Utilizado para medir e registrar a temperatura

do gás na chaminé do queimador. Quando o

queimador está funcionando, deve ser mantida

uma temperatura de 815 ºC ou mais na

chaminé segundo o indicador de temperatura,

0,3 s depois de passar através do queimador.

Sistema de rearranque do piloto automático Para assegurar um funcionamento contínuo.

Alarme de mau funcionamento com sistema

automático de isolamento

Utilizam-se o alarme e o sistema de

isolamento para isolar o queimador de

fornecimento de gás, interromper o ventilador

e notificar a alguém responsável sobre a

interrupção.

Grelha de ar de combustão automaticamente

controlada

Utilizada para controlar a quantidade de ar de

combustão e a temperatura da chama.

Escotilhas de amostragem na fonte, com único

acesso seguro

Utilizadas para supervisionar o processo de

combustão e para a amostragem das emissões

atmosféricas.

Pontos de inspeção

Deve haver suficientes pontos de inspeção

para permitir um reconhecimento visual da

localização do sensor de temperatura dentro

da chama.

Tela de calor da chama

Deveria dispor de uma tela de calor entorno

do ponto mais alto de reforço para sua

utilização durante a amostragem.

5.8.2 - Sistemas para recuperação de energia a partir do gás de aterro

Normalmente, o gás de aterro é convertido em eletricidade (ver Figuras 5.8.1a e

b). Em instalações pequenas (até 5 MW), é comum utilizar motores de combustão

interna que usam combustíveis (ver Figura 5.8.1a) ou turbinas de gás. Quando são

utilizados motores tipo êmbolo, é necessário processar o gás de aterro para separar toda

a umidade possível, de forma que sejam minimizados os danos para as cabeças dos


133

cilindros. Se o gás contiver H2S, a temperatura de combustão deve ser controlada

cuidadosamente a fim de evitar problemas de corrosão. Alternativamente, pode ser feito

passando o gás de aterro através de uma depuradora que contenha limalha de ferro ou

através de depuradoras patenteadas, para separar o sulfeto de hidrogênio antes de

queimar o gás.

As temperaturas de combustão também serão de grande importância quando o gás

de aterro apresentar COV procedentes dos resíduos colocados em aterros, antes que seja

proibida a evacuação de resíduos perigosos nos aterros municipais. O ciclo típico dos

motores que utilizam como combustível o gás de aterro varia de 3.000 a 10.000 horas,

para motores não-recondicionados. O gás de aterro com baixo poder calorífico se

comprime a altas pressões, para aproveitá-lo melhor na turbina de gás. O ciclo de

serviço normal para turbinas que queimam gases de aterro é aproximadamente de

10.000 horas.


Figura 5.8.1 - Diagrama de fluxo esquemático para a recuperação de energia a partir de combustível gasoso: (a) utilizando motor de combustão interna, e (b) utilizando turbina a gás.

Motor para dois combustíveis de combustão interna

Combustível gasoso

Gerador

Eletricidade

Escape

(a)

Combustível gasoso

Eletricidade

Gerador

Compressor de gás

Gás comprimido

Ar ambiente

Câmara de combustão

Escape

T1 T2

T1-Turbina compressor. T2-Turbina de gás.

(b)

134

5.8.3 - Purificação e recuperação do gás Segundo Tchobanoglous et al. (1994), a possibilidade de aproveitar

potencialmente o CO2, contido no gás de aterro, poderá ser feita mediante a separação

do CH4 e o CO2. A separação de CO2 e de CH4 pode ser realizada mediante absorção

física, absorção química, e mediante separação por membrana. Nas absorções física e

química, um componente se absorve preferencialmente utilizando um solvente

adequado. A separação mediante membrana implica o uso de uma membrana

semipermeável para separar o CO2 do CH4. Futuramente serão desenvolvidas

membranas semipermeáveis que deixam passar o CO2, H2S e H2O, enquanto é retido o

CH4. Existem membranas em forma de lâminas planas ou em fibras ocas que já são

utilizadas. Para incrementar a eficácia da separação, as lâminas são retorcidas em forma

de espiral sobre um meio suporte, enquanto as fibras ocas são feitas em juntas

agrupadas.

5.9 - LFG (Landfill Gás) Aplicações, Economias e Utilização

Existem cinco maneiras de se recuperar a energia a partir do LFG, são estas: - aquecimento direto;

- geração elétrica;

- suprimento alimentar químico;

- purificação do gás da qualidade do sistema de coleta; e

- recuperação calorífica.

Cada um destes métodos tem uma variedade de aplicação do LFG. Uma lista

completa de aplicações e tecnologias é mostrada abaixo:

a) Aplicações de aquecimento direto:

- Uso industrial para caldeiras;

- Aquecimento e refrigeração do espaço;

- Aquecimento/ pós-queima industrial.

b) Aplicações de geração elétrica:

- Processamento e uso em máquinas de troca de combustão interna (RIC-

Reciprocating Internal Combustion) (i.e., combustão estequiométrica ou

combustão fina);

- Processamento e uso em gás e turbinas a vapor;

- Processamento e uso em células combustíveis.

135

c) Suprimento alimentar em Processos de Produção Química:

- Conversão do metanol (e opcional industrial ou uso combustível veicular);

- Conversão em combustível diesel (e subseqüente uso como combustível

veicular);

d) Purificação do gás da qualidade do sistema de coleta:

- Utilização como combustível veicular;

- Incorporação na rede local do gás natural.

e) Recuperação calorífica através dos queimadores (Flares) do aterro (Landfill):

- Usando o ciclo orgânico de Rankine;

- Usando o ciclo motor de Stirling.

5.9.1 - As economias de controle e utilização do gás de aterro

5.9.1.1 - Vantagens de Recuperação de Energia do LFG

As vantagens de recuperação de energia incluem a diminuição das emissões de

metano, NMOCs (Compostos Orgânicos Não-Metano), e tóxicos (e.g., benzeno,

tetracloreto de carbono, e clorofórmio). Embora as emissões de dióxido de carbono

(CO2) aumentem com a opção de recuperação de energia, o balanço atmosférico é

positivo, porque as emissões de CO2 são significantemente inferiores à radiação (i.e., o

suposto efeito estufa é menor) do que as emissões de metano.

5.9.1.2 - Economias de conversão do LFG em Energia

Em média uma recuperação energética a partir do LFG é aproximadamente de 3

MW (megawatts), com avaliação tipicamente acima de 95%. O número comercial de

recuperação energética do LFG aumentou a partir de 4 em 1981 para quase 130 em

1996. Embora tenha havido um aumento do numero de projetos, a EPA estima que mais

de 700 aterros existentes nos EUA poderiam instalar sistemas de coleta de gás

economicamente viáveis, mas não o tem. Além disso, aproximadamente 30 projetos de

conversão original e de uso direto iniciados nas décadas de 1970 e 1980, que tiveram

que fechar devido às condições de mercado competitiva de 1990. Por essa razão, apesar

de que são muitas as vantagens da recuperação de energia a partir do LFG, existem

projetos comerciais de pouco sucesso relativo ao número de aterros de RSU, devido o

prevalecimento das condições de mercado e o arranjo de outras barreiras formidáveis

que confronta com o projeto desenvolvido. A barreira mais significativa é a de óleo

baixo (low oil) e gás natural, que faz recuperação e conversão, apresentando com isto

136

custo alto de capital inicial, falta de economias de escala, e alto custo de transporte,

descompetitividade na maioria dos casos. A Tabela 5.9.1 mostra uma comparação

decorrente de custos para as tecnologias mais populares de recuperação energética de

LFG. A Tabela 5.9.2 mostra a comparação das condições consideradas necessárias pela

indústria para conseguir uma relação custo-benefício de controle do LFG (gás de aterro)

e utilização de projetos.

Tabela 5.9.1 - Comparação de Custos por Tecnologias típicas de Recuperação de Energia de LFG (Dólares de 1992)

Tecnologia/uso Custo capital (US$/ KW)

Custo de operação e manutenção (US$/KWh)

Máquina de combustão interna / Geração elétrica

900 a 1.200 0,013 a 0,020

Turbina a gás/Geração elétrica 1.000 a 1.500 0,01 a 0,015 Turbina a vapor/Geração elétrica 900a 0,001a

Aquecedor/Calor direto 1.000 a 1.500 0,005 a 0,018 Classificação orgânica/Recuperação

calorífica 1.000 a 1.500 0,005

Célula de combustível/Geração elétrica +3.000b NDc

Fontes: T.D. Williams, “Making Landfill Gas an Asset,” Solid Waste and Power (July/August 1992), p. 22; and C.E. Anderson, “Selecting Electrical Generating Equipment for Use with Landfill Gas,” Proceedings of the SWANA 16th Annual Landfill Gas Symposium (Louisville, KY, March 1993). adólares de 1993 . bdólares de 1995 - dólares, usando tecnologia de 1995. cNão disponível

137

Tabela 5.9.2 - Condições Necessárias Para Custos Competitivos Em Utilização de Projetos de LFG.

Condições Mínimas Necessárias Projetos desenvolvidos/ Fontes

Tecnologia Custos administrativos e desnvolvimento

Excluído do

Mínimo

Preço mínimo pago por

eletricidade

Royalties para créditos do

aterro e emissões

Comprimento da

tubulação (se

aplicável)

Taxas de incentivos

Laidlaw Technology, Inc.a (1992)

Turbina a gás

Pode variar grandemente,

de US$30.000 a US$1 milhão/kW

para um projeto de 1MWe

>1 MW Ao menos de

US$0.06 a US$0,07 por kWh

Menor que 12,5%

Menor que 2 milhas

Taxa de créditos necessária quando os preços da

energia são baixos

International Fuel Cells Corporationb

(Estudo conceitual)

Célula Combustível: tecnologia madura e economi de escala

US$1.500/kW (incluindo créditos e assumindo 50%

de recuperação calorífica vendido a US$2,92/ milhão de

Btu)

4 x 200 kW

US$0,04 por kWh

Emissões compensativas: US$1.000/t de

NOX

e SOX

ND Sim

International Fuel Cells Corporationb

(Estudo conceitual)

Célula Combustível: tecnologia madura e economi de escala

$3.000/kW (incluindo créditos e assumindo 50%

de recuperação calorífica vendido a US$2,92/ milhão de

Btu)

4 x 200 kW

US$0,072/kWh

Emissões compensativas: US$1.000/t de

NOX

e SOX

ND Sim

NDb,c Sistema queimador

Aproximadamente US$375/

milhão de ft3 LFG processado por ano

ND US$0,07/kWh Nenhum ND Não

Fontes: aG.R. Jansen, “The Economics of LFG Projects in the United States,” presented at the Symposium on LFG/Applications and Opportunities (Melbourne, Austrália, February 27, 1992).

bG.J. Sandelli, Demonstration of Fuel Cells To Recover Energy from Landfill Gas. Phase I Final Report: Conceptual Study, EPA-600-R-92-007, prepared by International Fuel Cells Corporation for the U.S. Environmental Protection Agency (Washington, DC, January 1992).

cG.J. Sandelli (1992) and Science Applications International Corporation, Renewable Energy Annual 1996. Stubask II: Issues, prepared for the Enegy Information Administration under Contract Nº DE-AC01-92-EI21944 (McLean, VA, September 11, 1996).

Btu = British thermal units. kwh = kilowatthours. MWe = megawatt-eletric. ND = Não Disponível.

138

5.9.1.3 - Economias de Geração Elétrica

Geralmente, existem três aplicações para a geração elétrica a partir do LFG:

Motores de combustão interna, turbinas a gás, e células combustíveis. Como de 1992,

eram aproximadamente 61 projetos que gerariam eletricidade usando motores de

combustão interna (IC) e 24 turbinas, calcula-se num total de produção de 344 MWh.

Hoje, a maioria dos aterros opera com projetos de recuperação de energia sob um

contrato de uso. Motores IC são mais econômicos quando o suprimento de LFG é

suficiente para produzir 1 a 3 MWh. Turbinas são mais econômicas para locais com

produção acima de 3 MWh. As vantagens dos motores de combustão incluem

comparativamente capital de custos baixos (entre US$950 e US$1.250/kW), eficiência,

um alto grau de padronização, e facilidade de se transportar de um lado para o outro do

aterro. Uma das desvantagens com motores IC (internal combustion) são as emissões.

Existem dois tipos de motores IC, cada um apresentando características distintas de

emissões. Motores de combustão estequiométrica geram altas emissões de óxidos de

nitrogênio (NOx). Motores fina-queima geram emissões de NOx e CO baixas, deste

modo são melhor utlizados para aplicações onde estas emissões são preocupantes.

Existem várias desvantagens econômicas no uso de turbinas a gás subalimentadas.

De acordo com o Gerenciamento de Resíduos da América do Norte, turbinas a gás

subalimentadas tipicamente têm perda de energia parasíticas de 17% da saída bruta.

Para motores IC, esta comparação é de 7%. A diminuição de seu desempenho faz com

que a torne inferior comparado com motores IC, e dificuldades podem ocorrer quando

são operadas com carga menores do que com a carga completa. Outros problemas que

podem apresentar as turbinas: câmaras de combustão fundida, corrosão, e acumulação

de depósitos de lâminas na turbina. Deste modo, motores IC é atualmente a maior opção

favorável para projetos de conversão de energia de LFG e tem aplicação em grandes

números do que alguma outra opção.

No futuro, células de combustível podem vir a ser atrativas por causa de sua alta

eficiência energética, impactos de emissões dispensáveis, e convenientes para todos os

tamanhos de aterro, apesar de alguns estudos sugerirem que células de combustível

seriam mais competitivas em projetos pequenos (menor que 1 MW) e médios (menor

que 3 MW). Somando-se a isto o baixo custo de operação e manutenção. Atualmente,

139

entretanto, desvantagens econômicas e técnicas tornam as células combustíveis não

competitivas com as técnicas mais convencionais. Estas incluem um custo alto de

capital, para se projetar um processo de limpeza do LFG que possa remover os

constituintes traços do LFG (células de combustível necessitam de uma maior grade de

purificação de LFG do que as outras), e custo alto da própria célula de combustível

(cerca de US$3.000/kW usando tecnologia do estado-da-arte). Por causa dos avanços

continuados da tecnologia de células combustível e a possibilidade futura de um maior

rigor no controle de emissões gasosas, que tornam outras tecnologias mais custosas,

alguns estudos estimam que as células de combustível se tornarão mais competitivas por

volta do fim deste século. (É estimada uma produção de custo de capital tão baixo

quanto US$1.500/ kW em 1998). De acordo com um estudo feito pelo Instituto de

Pesquisa de Energia Elétrica (EPRI-Eletric Power Research Institute), se usinas

geradoras individuais fossem usadas em aterros, 6.000 MWh de eletricidade poderia ser

gerado do LFG. Um outro estudo preparado pela EPA sugere que, aproximadamente, o

total de energia liberada, gerada em cerca de 7.500 aterros, usando células combustível

de recuperação de energia, pudesse ser de 4.370 MWh.

140

VI – ESTUDO DE CASO

6.1 - Central de Tratamento de Resíduos de Adrianópolis

A SA PAULISTA de Construções e Comércio ganhou a concessão para a

implantação e operação por 20 anos da Central de Tratamento de Resíduos de Nova

Iguaçu incluindo também a recuperação ambiental do antigo Lixão de Marambaia e a

execução da coleta e tratamento dos Resíduos de Serviços de Saúde.

A CTR de Nova Iguaçu entrou em operação em 13 de fevereiro de 2003, numa

área de 1,2 milhões de metros quadrados. É composta por um aterro sanitário (para

resíduos classes IIa e IIb de acordo com a NBR 10004), uma unidade de tratamento de

percolados (chorume), uma unidade de tratamento de resíduos de serviços de saúde

(ambulatoriais e hospitalares) e uma unidade de britagem de entulho.

Fonte: CTR – Nova Iguaçu

Figura 6.1 - Vista parcial do aterro sanitário em operação

Está localizada no distrito de Vila de Cava, a cerca de 10 km do centro urbano

da cidade, com acesso pela Rodovia Presidente Dutra, no sentido Rio-São Paulo, através

da Estrada de Adrianópolis (RJ 113) na altura do viaduto da Posse, perfazendo uma área

total de 1.200.000 m2, caracterizado por um terreno com topografia acidentada,

constituída por morrotes recortados e áreas planas à jusante. A área faz divisa com a

subestação de Adrianópolis, de Furnas Centrais Elétricas S.A.

141

Figura 6.2 - Mapa de Localização do Aterro Nova Iguaçu (CTR)

Fonte: http://www.dner.gov.br/rodovias/mapas

Fonte: http://www.pageatlas.hpg.ig.com.br

CTR – Nova Iguaçu (Aterro Sanitário

Adrianópolis)

142

A área situa-se próximo aos centros geradores de lixo, oferecendo economia nos

custos de transportes, não dispõe de concentração urbana em suas imediações e

apresenta características topográficas e paisagísticas favoráveis à operação do aterro.

Os morros que circundam a área constituem uma proteção natural no que diz respeito à

dispersão de odores, ao arraste de lixo pelo vento e a agressão à estética. Apresenta

também de grande disponibilidade de solos argilosos que são empregados como área de

empréstimo para a cobertura diária dos resíduos.

Fonte: CTR – Nova Iguaçu

Figura 6.3 - Layout da área total do aterro sanitário

6.1.1 - Quantidade de Resíduo Gerada

Segundo a S.A. Paulista (2004), o total de lixo recebido por dia no aterro, em

média, é de 1000 t.

Os resíduos recebidos pelo aterro são das classes IIA (não inerte) e IIB (inerte) de

acordo com a classificação da nova NBR 10004 (2004) da ABNT.

Existem 54 Estabelecimentos de Saúde cadastrados, que geram três toneladas de

resíduo por dia os quais eram depositados no aterro Metropolitano de Gramacho e

passaram a ser processados na CTR Nova Iguaçu.

A Tabela 6.1 apresentada a seguir, mostra os dados fornecidos pela prefeitura de

Nova Iguaçu, que detalham as quantidades de resíduo depositadas, em toneladas, na

nova CTR da cidade.

143

Tabela 6.1 - Resíduos Depositados na CTR - Nova Iguaçu (toneladas)

Mês/Ano Lixo

Domiciliar Público a Granel Varrição

Grandes Geradores Total

Fev/03 7.414,61 7.321,51 276,70 - 15.012,82 Mar/03 13.564,72 17.527,13 476,48 - 31.568,33 Abr/03 13.884,10 8.039,12 102,51 - 22.025,73 Mai/03 14.574,45 13.290,35 174,03 - 28.038,83 Jun/03 11.845,28 11.845,28 381,57 30,95 24.103,08 Jul/03 11.942,93 15.337,91 336,53 463,79 28.081,16 Ago/03 10.837,14 13.282,47 497,45 63,02 24.680,08 Set/03 10.502,73 10.613,53 727,42 137,03 21.980,71 Out/03 11.298,00 12.692,24 604,58 5.113,13 29.707,95

Nov/03 11.949,44 10.919,07 601,30 10.821,75 34.291,56

Dez/03 14.784,76 11.353,78 466,61 5.423,14 32.028,29

Total (=) 132.598,16 132.222,39 4.645,19 22.052,81 291.518,55 Fonte: Prefeitura Nova Iguaçu.

6.1.2 - Caracterização do Aterro Sanitário

Dentro das principais características básicas, que foi projetado o Aterro Sanitário,

para minimizar impactos ambientais locais e regionais, podem ser destacadas:

� Sistema eficiente de drenagem e canalização das nascentes naturais, existentes na

sua área de implantação;

� Sistema de impermeabilização de fundação, para evitar a contaminação do lençol

freático local;

� Sistema de lançamento, espalhamento e compactação, que assegurará a

maximização de disposição, por metro quadrado da área do aterro;

� Sistema de recobrimento diário dos resíduos recebidos, a fim de se evitar a

proliferação de vetores danosos à saúde pública (insetos, aves, roedores, etc.), e

também para minimizar a geração de percolados (chorume);

� Sistema eficiente para drenagem e coleta de percolados da fundação e do maciço,

para coleta do chorume gerado pela operação do aterro, bem com a agregação de um

sistema moderno de tratamento de chorume, que vem sendo largamente empregado

na Europa e principalmente nos Estados Unidos;

� Sistema de Tratamento de percolados através de implantação de Evaporadores com

controle eficiente para evitar lançamento de particulados na atmosfera;

144

� Recobrimento final eficiente, para minimizar impactos ambientais desfavoráveis

após o seu encerramento;

� Sistema de tratamento e inertização de resíduos sólidos dos serviços de saúde para

posterior destino final no Aterro Sanitário;

6.1.3 - Canalização das Nascentes d'água Existentes na Área do Aterro

O projeto foi desenvolvido de forma que as duas nascentes existentes na área de

implantação do aterro sanitário serão convenientemente canalizadas previamente à

implantação da camada de impermeabilização.

O projeto previu a implantação de um eixo principal de drenagem (espinha de

peixe), constituído por uma tubulação de diâmetro interno de 0,40m para captar a água

das nascentes e conduzi-la até a drenagem natural na borda da rodovia de acesso ao

aterro. Essa tubulação foi projetada para apresentar ramificações de modo a captar as

águas de nascentes distintas e que venham a convergir para o talvegue existente na

região.

Fonte: CTR-Nova Iguaçu (Aterro Sanitário de Adrianópolis)

Figura 6.4 - Dreno das nascentes

145

As águas das nascentes canalizados por este sistema serão aproveitadas para o

suprimento das unidades de apoio do Viveiro de mudas e como bebedouro para

avifauna presente, servindo de indicador da qualidade da água.


Figura 6.5 - Detalhe do dreno principal da nascente

Segundo Almeida (2005), este dreno é uma variante do dreno francês, o qual tem

sido muito criticado, sendo mais indicado o de camada drenante em toda a base.

Segundo Mahler (2005), o custo de implantação desses drenos é menor em relação

ao de camada drenante, o que justifica o uso destes drenos.

6.1.4 - Tratamento e Impermeabilização de Fundação

Sobre a camada de solo compactada, é aplicada uma Geomembrana de Polietileno

de Alta Densidade - PEAD de 1,5mm de espessura, texturizadas em ambas as faces.

Esta geomembrana é largamente utilizada, em caráter mundial, para impermeabilização

do solo em obras de Aterro Sanitário.

CAMADA DE SOLO COMPACTADA A 90% DO ENSAIO PROCTOR NORMAL

BRITA Nº 4

TUBO CA 3 PERFURADO 400 mm

RACHÃO

MANTA GEOTÊXTIL TIPO OP-60 OU SIMILAR

AREIA MÉDIA GROSSA LAVADA FOFA (CR=40%)

AREIA MÉDIA A GROSSA

LAVADA (CR>60%)

TAPE DRENANTE

(AREIA)

1.00

>2.

50

0.50

1.

30

>0.

70

0.35

0.2

5

2.00 MIN. 2.00 MIN.

146


Figura 6.6.a – Manta PEAD sobre a base preparada


Figura 6.6.b – Cobertura de solo sobre a manta PEAD

147

A principal função da geomembrana é o de evitar a contaminação do lençol

freático com a criação de uma barreira artificial à percolação do chorume, proveniente

da decomposição de resíduos e também da ação de águas pluviais, bem como garantir as

condições mecânicas necessárias para a manutenção do sistema.

As geomembranas foram aplicadas através de faixas, de cerca de 7 a 8m de

largura. Foram ancoradas nos taludes, através dos próprios dispositivos de drenagem de

percolados, ou de trincheiras escavadas e reaterradas.

A proteção de geotêxtil tem sido utilizada protegida por uma camada mínima de

solo de 0,30m. Essas camadas visam evitar o puncionamento das geomembranas por

elementos pontiagudos e/ou perfurantes, que ocorrem na massa de resíduos recebidos

pelos aterros.

6.1.5 - Disposição dos Resíduos

Os resíduos recebidos no aterro são lançados em camadas de até 5,0m de altura,

espalhados em camadas inclinadas de espessura máxima de 0,30m, e compactadas

pela passagem de seis passadas de trator de esteiras do tipo D6. Ao final de cada

ciclo de 24h, os resíduos são recobertos com uma camada de solo de espessura

mínima de 0,30m, a fim de evitar percolações oriundas de precipitações

pluviométricas e, principalmente evitar proliferação de insetos, aves e roedores. A

camada de cobertura é obtida dos retaludamentos dos taludes das encostas do aterro

e, de projetos específicos pela escavação de solo em áreas de empréstimo, as quais ao

final dos trabalhos serão retaludadas adequadamente recebendo tratamento

paisagístico.

É mostrada a seguir a disposição dos resíduos no aterro despejados pelos

caminhões na área.

148


Figura 6.7.a – 1ª Disposição de resíduos no aterro


Figura 6.7.b - Disposição de resíduos no aterro

149

6.1.6 - Sistema de Drenagem de Percolados e Gases

Este sistema será concebido com três dispositivos básicos: poços verticais, drenos

horizontais e drenos de talude, descritos a seguir:

Os Drenos de Gás foram projetados de forma a permitir a drenagem dos gases

para a atmosfera, bem como a drenagem do percolado (chorume) gerado durante a

operação e após o encerramento do aterro, ao sistema de drenagem de percolados da

fundação. Em anexo há um mapa de localização dos drenos interligados entre si.

Constitui-se por tubos perfurados de concreto, com diâmetro de 0,40m, envoltos

por um anel de rachão com espessura de 0,50m, o qual é contido por uma tela metálica

TELCON tipo Q335.


Figura 6.8 - Dreno vertical nº. 1 de biogás

A função do rachão é coletar o percolado (chorume) das camadas de resíduos e

conduzi-los aos drenos principais de fundação, enquanto que o tubo de concreto visa

assegurar uma superfície livre, para drenagem dos gases, onde uma parte é aproveitada

para o tratamento do chorume e outra para a atmosfera, através de CO2.

150

Estes drenos são alteados simultaneamente à disposição dos resíduos sólidos recebidos.

Drenos Horizontais - projetados para captar o chorume e os gases gerados nas células e

conduzi-los aos drenos verticais de gás. Foram implantados na base do aterro onde

seguem o alinhamento dos drenos de brita da fundação.

6.1.7 - Sistemas de Drenagem de Águas Pluviais

Para coletar e afastar as águas oriundas de precipitações pluviométricas foi

projetado o sistema de drenagem que considerou que todas as superfícies expostas

apresentam declividades direcionadas para os pontos mais baixos (região central).

Caixas de dissipação foram implantadas no pé do Aterro Sanitário, de onde partem

tubos de drenagem reaterrados, interligando essas caixas de dissipação ao riacho

existente ao local da rodovia que interliga Nova Iguaçu a Adrianópolis.

6.1.8 - Instrumentação de Controle e Monitoramento

a) Marcos Superficiais

Instalados junto aos taludes externos do aterro, a fim de registrar as deformações

verticais e deslocamentos horizontais, do maciço de resíduos.

Os dados coletados por esses dispositivos permitem avaliar o comportamento do

aterro, visando antever potenciais tendências anômalas, que possam comprometer a

segurança global, bem como indicar eventuais instalações localizadas.

b) Piezômetros

Determinam e registram os níveis piezométricos dos percolados no maciço dos

aterros, oriundos de bolsões isolados de chorume e/ou devido a potenciais deficiências

de drenagem provocadas por deformações excessivas do aterro. Avaliar a existência de

potenciais pressões de gás do maciço.

c) Poços de Monitoramento

Possibilitam a avaliação e o monitoramento da posição do lençol freático antes da

implantação, durante a operação e após o encerramento dos aterros.

151

6.1.9 - Aproveitamento do Biogás

Quanto às emissões atmosféricas, todo o biogás gerado pela decomposição

da matéria orgânica do lixo é drenado, canalizado e será encaminhado para a geração de

energia elétrica (10 MW) e térmica. O metano produzido (aprox. 55% do Biogás é gás

metano) no aterro, em vez de queimado, será canalizado e encaminhado para um

gerador, que produzirá energia elétrica.

Este é o primeiro projeto brasileiro de minimização de gases efeito estufa e

geração de energia limpa a partir de resíduos sólidos (biogás) apoiado pelo Banco

Mundial atraindo interesse do Governo da Holanda que, através do Banco Mundial

(Bird), fechou contrato com a Central para a compra de créditos de carbono, baseado no

Protocolo de Quioto.

6.2. Aterro Controlado Terra Brava

Desde 1983, o destino final do lixo coletado é o aterro controlado Terra Brava,

situado na região metropolitana do Rio de Janeiro, apresenta em suas proximidades

várias residências. Além disso, o local é uma zona de mananciais e florestas. O aterro

está a 7 km do centro urbano da cidade, com 12 km dos distritos de limpeza, ficando ao

menos de 20 km da área mais remota da cidade.

A região onde está o aterro encontra-se uma nascente, uma sub-bacia e uma bacia

hidrográfica. Estes três corpos d’água são partes do rio principal que lança suas águas

na Baia da região metropolitana.

A vegetação da região foi praticamente devastada, predominando em bom estado

de conservação uma cobertura do tipo capoeirão, caracterizada por ser uma floresta

secundária bastante desenvolvida. Segundo os moradores da região, esta floresta abriga

vários animais de pequeno porte. Nas áreas desmatadas nota-se um aumento erosivo e a

presença do capim colonião, vegetação invasora e empobrecedora do solo favorecendo a

erosão.

O relevo local é bastante acidentado, estando à área do aterro localizada no fundo

de um vale. O solo da região é argilo-arenoso, com pH por volta de 5,0.

A área ocupada pelo aterro é maior que 95.000 m2, já incluída a expansão no sítio

vizinho.

152

Os resíduos depositados são provenientes de coleta pública e domiciliar, em média

de 500 toneladas por dia de resíduos, sendo que no local há presença de catadores

separando materiais recicláveis dos não-recicláveis do lixo. Só em 1995, foram

despejados no aterro Terra Brava 209.887 t, sendo: 99.183 t de lixo domiciliar; 45.435 t

de lixo de varrição de praia e 65.269 de outros resíduos. Os resíduos recebidos pelo

aterro são das classes IIA (não inerte) e IIB (inerte) segundo a norma NBR 10004

(2004) da ABNT.

A operação de despejo dos caminhões é feito da seguinte forma: Após a pesagem

dos veículos coletores de resíduos sólidos na balança situada na entrada e saída desses

veículos (caminhões), estes se dirigem a área de despejo, despejando o lixo coletado. Os

catadores começam a atuar, enquanto os tratores de esteiras empurram o lixo

espalhando-o e compactando-o. Parte deste lixo não é coberto de forma adequada, ou

seja, coberto irregularmente. O material usado para cobertura é extraído da própria área

do entorno, por meio de desmontes e cortes na encostas.

No local há instalados drenos verticais para drenagem dos gases provenientes do

processo de decomposição biológica dos resíduos, sendo estes gases lançados à

atmosfera. Entretanto, não há ainda uma forma de captar o gás produzido para seu

aproveitamento energético, porém vem sendo estudada esta possibilidade de utilização

do biogás.

Além da grande quantidade de vetores transmissores de doença, principalmente

moscas, há também outros insetos que podem ser observados. Observa-se a presença de

urubus em grande quantidade, em que utilizam as matas vizinhas para fazerem seus

ninhos, procriando-se com muita facilidade.

O aterro também está situado próximo a um núcleo populacional. Em um dos

loteamentos, os moradores que compõem este núcleo são os mais prejudicados, pois a

rua que dá acesso as suas moradias, o início dessa rua está situado a uma distância

aproximada de 65,00 metros do muro de contenção que limita a área do aterro.

6.2.1 – Sistema de Coleta de Gases e Percolados

O sistema de coleta é constituído por três dispositivos básicos: drenos verticais,

drenos horizontais e drenos de talude, descritos a seguir:

153

A drenagem dos gases é feita por meio de drenos verticais que foram construídos

de forma a permitir a saída dos gases para a atmosfera, como também direcionar o

percolado (chorume) gerado durante a operação e após o fechamento do aterro, ao

sistema de drenagem de percolados da fundação. Em anexo há um mapa de localização

dos drenos de gás.

6.2.2 – Recuperação do Biogás

Com relação aos gases emitidos dos drenos de gás, no momento não são

recuperados para uso energético, com isso tendem a aumentar a carga de poluente na

atmosfera.

Existe uma previsão feita pela empresa administradora do aterro, em se colocar

uma unidade de tratamento para o percolado e a utilização do gás para geração de

energia, a qual trará grandes lucros para a administradora do aterro.

6.3 - Produção de Gases nos aterros Nova Iguaçu e Terra Brava relacionados ao

Processo de Decomposição Biológica ou Digestão Anaeróbia

Os gases produzidos nos aterros Nova Iguaçu e Terra Brava estão relacionados aos

estágios de decomposição biológica. Rizo e Leite (2004) observam que esta degradação

é resultado de interações complexas os quais são descritas abaixo:

1° Estágio: Hidrólise e Fermentação

2° Estágio: Acetogênese e Deidrogenação

3° Estágio: Metanogênese

A Tabela abaixo mostra a relação dos gases produzidos pela decomposição

biológica relacionados aos três estágios de decomposição.

Tabela 6.3 – Estágios de Decomposição Biológica e Gases Produzidos

Estágios Gases Produzidos no

Processo 1º Hidrólise e Fermentação

2º Acetogênese 3º Metanogênese

CO2 XXXX XXXX

CH4 XXXX

H2S XXXX

154

O 1º Estágio compreende a produção de gases dióxido de carbono (CO2) e

Hidrogênio (H2) gerados pelas bactérias hidrolíticas-fermentativas, em que estas

realizam a hidrólise dos compostos carboidratos, proteínas e lipídeos originando outros

compostos (açucares, aminoácidos, ácidos graxos de cadeias longas e álcoois) que

quando fermentados geram ácidos, outros álcoois e gases.

O 2º Estágio há a produção de gases CO2, H2S (gás sulfídrico) e H2, sendo estes

gases são provenientes do processo de decomposição anaeróbia causada por três grupos

distintos de bactérias: Acetogênicas, Homoacetogênicas e Redutoras de Sulfato. Estas

bactérias utilizam os intermediários solúveis, o acetato, o hidrogênio e o dióxido de

carbono, provenientes do 1º estágio, produzindo mais acetato, H2, CO2 e H2S.

O 3º Estágio, conhecido como metanogênese, as bactérias metanogênicas

(anaeróbias estritas) produzem o metano (CH4), a forma mais gasosa reduzida do

carbono na natureza. As espécies bacterianas (Archae metanogênicas) são responsáveis

pela fase limitante do processo, que através da descarboxilação do acetato ou da redução

do dióxido de carbono pelo hidrogênio, ocorre à produção de metano. As metanogênicas

utilizam substratos para seu crescimento e produção de metano, dentre estes podem ser

citados o ácido acético, o hidrogênio, o dióxido de carbono, o formiato, metilaminas e o

metanol, em que quase todos estes substratos são utilizados por um gênero de bactérias

a Methanosarcina. As espécies que utilizam o acetato (metanogênicas acetotróficas ou

acetoclásticas) são do gênero Methanothrix e Methanococus mazei. As demais espécies,

em sua maioria, são hidrogenotróficas, isto é, convertem dióxido de carbono e

hidrogênio em metano.

155

Fonte: Rizzo e Leite, 2004

Figura 6.9 - Representação esquemática da interação interespécies nos bioreatores

anaeróbios (Adaptação de Barbosa,1988, Vazoller, 1993 e Saw et al., 1988)

As bactérias redutoras de sulfato (BRS), consideradas como acetogênicas, são

normalmente encontradas em associação com as metanogênicas em ambientes

anaeróbios. A redução dos íons sulfato a sulfeto é energeticamente favorecida em

relação à produção de metano. Em sistemas anaeróbios com concentrações baixas de

íons sulfato as bactérias exercem o papel de formadoras de substratos metanogênicos,

principalmente acetato e hidrogênio a partir de outros substratos orgânicos solúveis

(Vazoller,1993) (in Rizzo e Leite, 2004). No entanto, em presença de elevadas

concentrações de íons sulfato, estas passam a competir com as metanogênicas pelo

mesmo substrato, isto é, acetato e H2 (Speece,1983) (in Rizzo e Leite, 2004).

156

6.4 - Descrição dos Drenos em relação aos resíduos aterrados

Os drenos de gás do aterro sanitário Nova Iguaçu estão situados em áreas de

resíduos sólidos urbanos de disposição recente. Ou seja, pode ser considerado como lixo

novo o que na classificação de degradação proposta por Rees (1980), significa que o

estágio de degradação pode ser I e II

Para o aterro Terra Brava, os drenos de gás estão localizados em áreas com

resíduos sólidos urbanos dispostos aparentemente há bastante tempo, caracterizando

lixo antigo, com exceção do disposto no dreno de gás 5, que está situado em uma área

de resíduos sólidos de serviços de saúde. Assim, os gases produzidos nos drenos 1, 2, 3

e 4 indicam que o lixo está no estágio de degradação III. No local do dreno 5 a produção

de gases indica que está no Estágio V ou então o dreno encontra-se obstruído.

157

VII - APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES

7.1 - Granulometria do Solo de Cobertura do Aterro Terra Brava

Os ensaios granulométricos realizados no Laboratório de Geotecnia da COPPE-

UFRJ, os resultados destes ensaios são mostrados sob a forma de gráfico (Figuras 7.1,

7.2 e 7.3).

Figura 7.1 – Curva Granulométrica do Solo próximo ao Dreno 1


270 200 100 60 40 30 20 10 4 3/8 1/2 3/4 1 11/2 2 3

FINA MÉDIA GROSSASILTE

PEDREGULHOAREIAFINO MÉDIO GROSSOARGILAABNT

PENEIRAS:

0.001 0.01 0.1 1 10 100

DIÂMETRO DAS PARTÍCULAS (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PO

RC

EN

TA

GE

M P

AS

SA

ND

O

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PO

RC

EN

TA

GE

M R

ET

IDA

PROXIMO ÃO PDR 2

270 200 100 60 40 30 20 10 4 3/8 1/2 3/4 1 11/2 2 3



PENEIRAS:

0.001 0.01 0.1 1 10 100


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PO

RC

EN

TA

GE

M P

AS

SA

ND

O

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PO

RC

EN

TA

GE

M R

ET

IDA

PROXIMO ÃO PDR 1PRÓXIMO AO DRENO 1

PRÓXIMO AO DRENO 2

158


Tabela 7.1 – Percentual de material do solo de cobertura

Segundo a Tabela acima montada a partir das Figuras 6.a a 6.c, a camada de

cobertura deste aterro é constituída em média de 24% de pedregulho, 43% de areia, 18%

de silte e 16% de argila. Sendo este solo classificado como S (areia), pois é a fração

granulométrica que predomina mais.

ATERRO TERRA BRAVA

PROXIMIDADE MATERIAL

DRENO 1 DRENO 2 DRENO 3

MÉDIA

Pedregulho 21% 25% 25% 24%

Areia 42% 34% 53% 43%

Silte 19% 20% 14% 18%

Argila 18% 21% 8% 16%

270 200 100 60 40 30 20 10 4 3/8 1/2 3/4 1 11/2 2 3



PENEIRAS:

0.001 0.01 0.1 1 10 100


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PO

RC

EN

TA

GE

M P

AS

SA

ND

O

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PO

RC

EN

TA

GE

M R

ET

IDA

PROXIMO ÃO PDR 3PRÓXIMO AO DRENO 3

159

Tomando a curva característica do solo próximo ao Dreno 3, obtém-se o diâmetro

de D60 é igual a 0,70 mm e D10 é igual a 0,004 mm. Então, o coeficiente de não

uniformidade (CNU) é determinado pela relação:

CNU = D60/D10 = 0,70/0,004 = 175

O solo é considerado como bem graduado por apresentar um CNU>6,

classificando o solo como areia bem graduada ou SW.

O material que passa pela peneira nº 200 (0,075 mm) é mostrado na Tabela 7.3,

sendo que as porcentagens de material são comparadas para saber se o solo de cobertura

terá uma granulação grosseira ou fina.

Tabela 7.2 – Percentual de finos passando pela malha 200

Este solo é de granulação grosseira, pois seus percentuais de finos são menores

que 50%.

Proximidade Material de finos passando pela

peneira nº 200

DRENO 1 38%

DRENO 2 43%

DRENO 3 27%

Média 36%

160

Sucção x Umidade retida

05

10

1520253035

404550

%Satur 0,01 0,1 1,5

Sucção (MPa)

Um

idad

e R

etid

a (%

)

Próximo ao PDR1

Próximo ao PDR2

Próximo ao PDR5

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 5

7.2 – Caracterização da Curva de Retenção de Umidade do Aterro Terra Brava

Figura 7.4 – Sucção versus Umidade Retida

A curva característica do solo indicou uma maior umidade para o solo de

cobertura próximo ao Dreno de gás 1, seguida dos resultados observados no solo

próximo ao Dreno de gás 2 e a seguir próximo ao Dreno 5. Os resultados indicam que o

solo próximo ao dreno 5 tem uma capacidade de retenção de água menor que os outros.

Vale observar que de forma geral a cobertura deste aterro é feita com solo de uma

saibreira relativamente próxima ao aterro. De qualquer forma os resultados do gráfico

acima e da análise granulométrica do solo indicam que a camada de solo de cobertura

próximo ao Dreno 5 é mais permeável que as outras duas camadas

As três curvas no trecho analisado são semelhantes, com exceção de um ponto do

dreno de gás cinco, o que pode ter sido um problema no ensaio. No que se refere à

permeabilidade quanto à passagem dos gases é difícil tirar grandes conclusões a partir

do gráfico acima e da análise granulométrica deste solo. Vale ainda por fim observar,

que a cobertura deste aterro tem sido executada de forma irregular, de forma que a

espessura da camada de cobertura varia de trecho para trecho bem como a forma de

compactação e umidade.

161

7.3 – Resultados dos ensaios da camada de cobertura do Aterro Nova Iguaçu

7.3.1 – Granulometria do solo de cobertura

A constituição do solo da camada de cobertura apresenta um percentual de

material relacionado a cada cota do aterro.

Tabela 7.3 – Constituição do solo por cota de aterro

Observou-se que na cota 55.00 a fração predominante é areia ao invés de argila

(Tabela 7.3), ao contrário das outras cotas que tem a argila predominando.

Com relação à granulação, em ser fina ou grosseira, basta saber se o material que

passa na peneira 200 é maior que 50% (granulação fina) ou menor que 50% (granulação

grosseira).

O material que passa #200 é maior que 50%, a granulação, então, é considerada

como fina, como é mostrada na tabela a seguir:

Tabela 7.4 – Material passando na peneira 200

Assim mais de 50% do material passa na peneira #200.

Como característica complementar da camada de solo de granulação fina, em

indicar o tipo de compressibilidade (Baixa ou Alta), precisará saber os Limites de

consistência do solo (Limite de Liquidez e Limite de Plasticidade), para determinação

Solo (%) COTAS (m)

Areia Silte Argila

47.00 31 9 60

48.00 22 8 70

49.40 28 8 64

55.00 50 16 34

Média 32,8 10,3 57

Cotas (m) % Passando na #200

47.00 73,1

48.00 75,7

49.40 73,0

55.00 51,6

Média 68,4

162

do Índice de Plasticidade (IP), onde entrarão com esses valores na carta de plasticidade,

determinando a característica secundária do solo.

Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 7.5.

Tabela 7.5 – Índices de Consistência do Solo

A camada de solo é classificada como sendo CH (argila de alta

compressibilidade), pelo seu LL ser superior a 50% e o Índice de Plasticidade está

acima de 20%.

7.3.2 – Compactação do solo de cobertura

Os gráficos das curavas de compactação são mostrados a seguir.

Figura 7.5 – Compactação do solo da cota 47.00

COTAS (m) LL (%)

(Limite de Liquidez)

LP (%)

(Limite de Plasticidade)

IP (%)

(Índice de Plasticidade)

47.00 71,8 34,4 37,4

48.00 101,8 40,9 60,9

49.40 75,8 35,0 40,8

55.00 51,9 25,3 26,6

MÉDIA 75,3 33,9 41,4

hot - 33.5 %

γs - 12.78 kN/m3

28.0 30.0 32.0 34.0 36.0 38.0 40.0

umidade ( % )

11.0

12.0

13.0

peso

esp

ecíf

ico

apar

ente

sec

o (

kN/m

3 )

163



hot - 28.7 %

γs - 14.10 kN/m3

22.0 24.0 26.0 28.0 30.0 32.0 34.0

umidade ( % )

12.0

13.0

14.0

15.0

peso

esp

ecíf

ico

apar

ente

sec

o (

kN/m

3 )

hot - 29.5 %

γs - 14.10kN/m3

24.0 26.0 28.0 30.0 32.0 34.0 36.0

umidade ( % )

12.0

13.0

14.0

15.0

peso

esp

ecíf

ico

apar

ente

sec

o (

kN/m

3 )

164


Tabela 7.6 – Umidade ótima e Peso específico

Cotas (m)

Umidade Ótima (%)

Peso Específico Seco (KN/m3)

47.00 28,7 14,10

48.00 33,5 12,78 49.40 29,5 14,10 55.00 21,0 15,85 Média 28,18 14,21

O solo apresenta uma umidade média de 28,18% e peso específico seco médio de

14,21 KN/m3.

A média está dentro da faixa de 28 a 30% para umidade ótima e 14 a 15% para o

peso específico seco.

Para as cotas 48.00, 47.00 e 49.40, suas umidades ótimas estão acima da média,

mas para seus pesos específicos secos seus valores estão abaixo da média (14,21

KN/m3). Nota-se também que para as cotas 47.00 e 49.40 seus pesos específicos são

iguais.

hot - 21.0 %

γs - 15.85 kN/m3

16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0

umidade ( % )

14.0

15.0

16.0

peso

esp

ecíf

ico

apar

ente

sec

o (

kN/m

3 )

165

7.3.2.1 – Ensaios CBR/ ISC (Índice Suporte Califórnia)

Os resultados obtidos nestes ensaios são mostrados na Tabela 7.7. Para o ISC

obtiveram-se dois valores iguais de 9,9% relacionados às cotas 47.00 e 55.00 m. A

média do ISC da em torno de 8,0%, sendo este valor menor que o da cota 49.40 (8.9%).

A expansão do solo da cota 48.00 é maior que nos outros das cotas 47.00, 49.40 e 55.00

m. A média de expansão do solo fica em 0,7%, que é menor que 1,7% (cota 48.00 m) e

maior que os da cota 47.00, 49.40 e 55.00 m.

Tabela 7.7 – Índice Suporte Califórnia Cotas (m)

ISC (%)

Expansão (%)

47.00 9.9 0.3

48.00 3.4 1.7

49.40 8.9 0.4

55.00 9.9 0.5

7.3.3 – Permeabilidade do solo de cobertura

Tabela 7.8 – Permeabilidade do solo

A permeabilidade média dos solos é na ordem de 10-7 cm/s (10-9 m/s), que

caracteriza uma permeabilidade muito baixa.

Cotas (m)

Permeabilidade média (cm/s)

47.00 5,14 x 10-7

48.00 7,60 x 10-7 49.40 4,67 x 10-7 55.00 3,65 x 10-7

Média 5,27 x 10-7

166

7.5 - Aplicação dos modelos School Canyon e Lima:

Para aplicação dos dois modelos foram usados parâmetros de entrada conforme a

Tabela 7.9.

Tabela 7.9 – Parâmetros de entrada dos modelos

aValor k de 0.04/ano são para áreas que recebem mais do que 25” de chuvas por ano e 0.02/ano são para áreas que recebem menos que 25” de chuvas por ano (EPA, 1997). bO potencial de geração de metano (L0) está relacionado a fração orgânica dos resíduos (Principalmente celulose). Quanto maior a celulose contida nos resíduos maior será o potencial de geração. O valor 170 m3/t são para resíduos que apresentam maiores quantidades de celulose e 100 para resíduos que apresentam menores quantidades de celulose (LandGEM – V3.02 User’s Guide, 2005).

Modelos Parâmetros de entrada Aterro Nova Iguaçu (CTR) Aterro Terra Brava

Quantidade de resíduos

(t/ano) 365000 182500

Taxa de produçãoa (ano-1) 0.04 0.04

Potencial de geraçãob (m3/t) 170 100

Ano de abertura 2003 1983

Ano de encerramento 2028 2008

Anos de produção após o

encerramento 50 50

SCH

OO

L C

AN

YO

N

Fator de recuperação

assumido (%) 70 70

Fração do resíduo facilmente

degradável (%)* 61,80 51,59

Fração do resíduo

moderadamente degradável

(%)*

9,93 16,92

Potencial de geraçãob (m3/t) 170 100

Tempo de bioestabilização

para FD (anos) 4 4

LIM

A

Tempo de bioestabilização

para MD (anos) 10 10

167

*Os aterros não possuem composição gravimétrica dos seus resíduos

correspondente à fração facilmente degradável e moderadamente degradável. Então,

para aplicar o modelo de Lima, foi adotada para cada município a composição média

correspondente aos bairros do município do Rio de Janeiro que se assemelham aos

municípios de Nova Iguaçu e TB.

O município TB apresenta uma composição gravimétrica do lixo municipal

semelhante a dos bairros Tijuca e Botafogo do município do Rio. Da mesma forma,

acredita-se, que a composição gravimétrica do município de Nova Iguaçu é semelhante

a dos bairros Campo Grande e Bangu do município do Rio.

Esta comparação está relacionada aos padrões sócio-econômicos como,

população, padrões de vida, nível educacional, hábitos e costumes e outros, que vem

refletir sobre a composição do lixo.

Tabela 7.10 – Composição Gravimétrica Bairros

Composição Tijuca Botafogo Bangu Campo Grande

Matéria orgânica

putrescível 54,37% 48,80% 60,29% 63,3%

Papel 15,98% 17,86% 10,05% 9,81%

Metal 2,16% 2,17% 1,52% 1,55%

Vidro 4,50% 5,70% 2,43% 2,30%

Plástico 18,33% 19,01% 13,60% 14,09%

Outros 4,66% 6,46% 12,11% 8,94%

Tabela 7.11 – Composição Gravimétrica Média Bairros

Composição Tijuca - Botafogo Bangu - Campo Grande

Matéria orgânica

putrescível 51,59% 61,80%

Papel 16,92% 9,93%

Metal 2,17% 1,54%

Vidro 5,10% 2,37%

Plástico 18,67% 13,85%

Outros 5,56% 10,53%

Fonte: COMLURB, 2004

Fonte: COMLURB, 2004

168

7.5.1 – Resultados Obtidos com os Modelos School Canyon e Lima

As Tabelas 7.12 e 7.13 mostram a produção anual de metano (CH4) e sua

recuperação obtida pela seguinte equação matemática: QCH4= k L0 mi e-kt, como descrita

no Capítulo V.

Tabela 7.12 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro Terra Brava

ANO QCH4 (m3/ano) Recuperação Anual de Gás (m3/ano)

1983 0 0

1984 730000 511000

1985 1431376,291 1001963,403

1986 2105251,223 1473675,856

1987 2752703,142 1926892,2

1988 3374768,108 2362337,676

1989 3972441,558 2780709,091

1990 4546679,897 3182675,928

1991 5098402,028 3568881,419

1992 5628490,825 3939943,577

1993 6137794,543 4296456,18

1994 6627128,176 4638989,724

1995 7097274,764 4968092,335

1996 7548986,64 5284290,648

1997 7982986,64 5588090,648

1998 8399969,257 5879978,48

1999 8800601,751 6160421,226

2000 9185525,22 6429867,654

2001 9555355,625 6688748,937

2002 9910684,772 6937479,34

2003 10252081,26 7176456,884

2004 10580091,41 7406063,985

2005 10895240,09 7626668,063

2006 11198031,61 7838622,13

2007 11488950,51 8042265,36

2008 11768462,32 8237923,625

2009 11307014,31 7914910,02

2010 10863659,94 7604561,959

2011 10437689,74 7306382,819 . . . . . . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

2058 1592688,182 1114881,727

169

Tabela 7.13 – Resultados do Modelo School Canyon para o Aterro Nova Iguaçu

ANO QCH4 (m3/ano) Recuperação Anual de Gás (m3/ano)

2003 0 0

2004 2482000 1737400

2005 4866679,388 3406675,572

2006 7157854,16 5010497,912

2007 9359190,684 6551433,479

2008 11474211,57 8031948,097

2009 13506301,3 9454410,908

2010 15458711,65 10821098,15

2011 17334566,89 12134196,83

2012 19136868,8 13395808,16

2013 20868501,45 14607951,01

2014 22532235,8 15772565,06

2015 24130734,2 16891513,94

2016 25666554,58 17966588,2

2017 27142154,58 18999508,2

2018 28559895,47 19991926,83

2019 29922045,95 20945432,17

2020 31230785,75 21861550,02

2021 32488209,12 22741746,39

2022 33696328,22 23587429,76

2023 34857076,3 24399953,41

2024 35972310,78 25180617,55

2025 37043816,3 25930671,41

2026 38073307,49 26651315,24

2027 39062431,75 27343702,23

2028 40012771,89 28008940,33

2029 38443848,67 26910694,07

2030 36936443,8 25855510,66

2031 35488145,12 24841701,59 . . . . . . .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

2078 5415139,817 3790597,872

Os gráficos a seguir foram plotados através dos resultados das tabelas (op. cit.),

em que estes mostram a produção e a recuperação anual do gás antes do fechamento e

após o fechamento.

170

Produção de Gás Anual

0,00E+00

2,00E+06

4,00E+06

6,00E+06

8,00E+06

1,00E+07

1,20E+07

1,40E+0719

83

1988

1993

1998

2003

2008

2013

2018

2023

2028

2033

2038

2043

2048

2053

2058

Anos

Pro

duçã

o de

Gás

(m3 /a

no)

Geração de LFG

Recuperação de LFG

Até 2008 - São 25 anos aberto;Após 2008 - São 50 anos fechado.

Produção de Gás Anual

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

2,00E+07

2,50E+07

3,00E+07

3,50E+07

4,00E+07

4,50E+07

2003

2008

2013

2018

2023

2028

2033

2038

2043

2048

2053

2058

2063

2068

2073

2078

Anos

Pro

duçã

o de

Gás

(m3 /a

no)

Geração de LFG

Recuperação de LFG

Até 2028 - São 25 anos aberto;Após 2028 - São 50 anos fechado.

Fonte: Tabela 7.12 Figura 7.9 – Produção Anual de Gás do Aterro Terra Brava

Fonte: Tabela 7.13 Figura 7.10 – Produção Anual de Gás do Aterro Nova Iguaçu

171

Produção de Metano ao longo do tempo

0,00E+00

2,00E+05

4,00E+05

6,00E+05

8,00E+05

1,00E+06

1,20E+06

1,40E+06

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Anos

Pro

duçã

o (m

3 /ano

)

Produção

Produção acumulada

Conforme o método descrito no Capítulo V aplicou-se este método para os aterros

Nova Iguaçu e Terra Brava, obtendo-se os seguintes resultados nas tabelas 7.14 e 7.15.

A partir desses resultados foram plotados os gráficos que são apresentados após as

tabelas.

Tabela 7.14 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Terra Brava

Fonte: Tabela 7.15 Figura 7.11 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Terra Brava

Fator kn Peso do Lixo (kg) Produção de CH4 (m3/ano)

Produção acumulada de CH4 (m3/ano)

Ano

k1 67,87 125562,28 125562,28 1

k2 203,61 376686,83 502249,10 2

k3 210,38 389207,63 891456,73 3

k4 88,18 163124,68 1054581,40 4

k5 30,46 56343,60 1110925,00 5

k6 30,46 56343,60 1167268,60 6

k7 23,69 43822,80 1211091,40 7

k8 16,92 31302,00 1242393,40 8

k9 10,15 18781,20 1261174,60 9

k10 3,38 6260,40 1267435,00 10

172

Produção de Metano ao longo dos anos

0,00E+00

5,00E+06

1,00E+07

1,50E+07

2,00E+07

2,50E+07

3,00E+07

3,50E+07

4,00E+07

4,50E+07

5,00E+07

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Anos

Pro

duçã

o (m

3 /ano

)

Produção

Produção acumulada

Tabela 7.15 – Resultado do Modelo de Lima para o Aterro Nova Iguaçu

Fonte: Tabela 7.16

Figura 7.12 – Produção Normal e Acumulada de Metano do Aterro Nova Iguaçu

Fator kn Peso do Lixo (kg) Produção de CH4

(m3/ano) Produção acumulada de CH4

(m3/ano) Ano k1 79,24 4916593,80 4916593,80 1 k2 237,71 14749781,40 19666375,20 2 k3 241,68 14996244,00 34662619,20 3 k4 91,15 5655981,60 40318600,80 4 k5 17,87 1109081,70 41427682,50 5 k6 17,87 1109081,70 42536764,20 6 k7 13,90 862619,10 43399383,30 7 k8 9,93 616156,50 44015539,80 8 k9 5,96 369693,90 44385233,70 9 k10 1,99 123231,30 44508465,00 10

173

Limite Inferior de Explosividade

0

20

40

60

80

100

120

jul/03 nov/03 mai/04 jul/04 dez/04

Meses

%L

EL

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Dreno 6

Dreno 7

Dreno 8

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 11

Dreno 12

Dreno 13

Dreno 14

Dreno 15

Dreno 16

Externa

Lim. Máx.

LIMITE INFERIOR DE EXPLOSIVIDADE

0

20

40

60

80

100

120

mar/04 mai/04 jul/04 set/04 nov/04 jan/05 mar/05

Meses

%L

EL

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Externa

Lim. Máx.

7.6 – Gráficos

Os gráficos a seguir foram plotados através dos resultados obtidos pelas medições

de campo e análises cromatográficas dos gases (Anexo A) dos aterros Nova Iguaçu e

Terra Brava.

7.6.1 - Explosividade dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava

Fonte: Tabela A.1 (Anexo A) Figura 7.13 – Limite inferior de explosividade do Aterro Nova Iguaçu

Fonte: Tabela A.9 (Anexo A) Figura 7.14 – Limite inferior de explosividade do Aterro Terra Brava

174

Variação de CH4 ao longo do tempo

0

2

4

6

8

10

12

14

16


Meses

CH

4 (%

Vol

)Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Dreno 6

Dreno 7

Dreno 8

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 11

Dreno 12

Dreno 13

Dreno 14

Dreno 15

Dreno 16

Lim. Máx.

LEL (%Vol)

UEL (%Vol)

Variação do CH4 ao longo do tempo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

mar/04 jun/04 set/04 dez/04 mar/05

Meses

CH

4 (%

Vol

)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Externa

Lim Máx

LEL (%Vol)

UEL (%VOL)

7.6.2 – Gás metano (CH4) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava

Fonte: Tabela A.2 (Anexo A)

Figura 7.15 – Gás metano do Aterro Nova Iguaçu


Figura 7.16 – Gás metano do Aterro Terra Brava

175

Variação de CO2 ao longo do tempo

0

1

2

3

4

5

6


Meses

CO

2 (%

Vol

)Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Dreno 6

Dreno 7

Dreno 8

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 11

Dreno 12

Dreno 13

Dreno 14

Dreno 15

Dreno 16

Externa

Lim. Máx.

Variação do CO2 ao longo do tempo

0

1

2

3

4

5

6


Meses

CO

2 (%

Vol

)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Externa

Lim. Máx.

7.6.3 – Gás dióxido de carbono (CO2) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava

Fonte: Tabela A.3 (Anexo A) Figura 7.17 – Gás dióxido de carbono do Aterro Nova Iguaçu

Fonte: Tabela A.11 (Anexo A) Figura 7.18 – Gás dióxido de carbono do Aterro Terra Brava

176

Variação de O2 ao longo do tempo

0

5

10

15

20

25

30

nov/03 mar/04 mai/04 jun/04 jul/04 out/04 dez/04

Meses

O2

(%V

ol)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Dreno 6

Dreno 7

Dreno 8

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 11

Dreno 12

Dreno 13

Dreno 14

Dreno 15

Dreno 16

Externa

Lim. Máx.

Variação de O2 ao longo do tempo

0

5

10

15

20

25

30


Meses

O2

(%V

ol)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Externa

Lim. Máx.

7.6.4 – Oxigênio (O2) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava

Fonte: Tabela A.4 (Anexo A) Figura 7.19 – Oxigênio do Aterro Nova Iguaçu

Fonte: Tabela A.13 (Anexo A) Figura 7.20 – Oxigênio do Aterro Terra Brava

177

Variação de H2S ao longo do tempo

0

20

40

60

80

100

120

nov/03 mar/04 mai/04 jun/04 jul/04 out/04 dez/04

Meses

H2S

(pp

m)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Dreno 6

Dreno 7

Dreno 8

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 11

Dreno 12

Dreno 13

Dreno 14

Dreno 15

Dreno 16

Externa

Lim. Máx.

Variação de H2S ao longo do tempo

0

20

40

60

80

100

120


Meses

H2S

(p

pm

)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Externa

Lim. Máx.

7.6.5 – Gás sulfídrico (H2S) dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava


Figura 7.21 – Gás sulfídrico do Aterro Nova Iguaçu

Fonte: Tabela A.12 (Anexo A) Figura 7.22 – Gás sulfídrico do Aterro Terra Brava

178

TEMPERATURAS MENSAIS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

jul/03 set/03 nov/03 mar/04 mai/04 jun/04 jul/04 ago/04 out/04 dez/04Meses

Tem

pera

tura

(ºC

)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Dreno 6

Dreno 7

Dreno 8

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 11

Dreno 12

Dreno 13

Dreno 14

Dreno 15

Dreno 16

Externa

Média mensal

TEMPERATURAS MENSAIS

0

10

20

30

40

50

60

mar/04 mai/04 jul/04 set/04 nov/04 jan/05 mar/05

Meses

Tem

pera

tura

s (º

C)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Externa

Médiamensal

7.6.6 – Temperaturas dos Gases dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava

Fonte: Tabela A.6 (Anexo A) Figura 7.23 – Temperaturas dos gases do Aterro Nova Iguaçu


Figura 7.24 – Temperaturas dos gases do Aterro Terra Brava

179

Variação do CH4 e pluviometria em relação ao tempo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

jul/04 ago/04 out/04 dez/04 Média

Meses

CH

4 (%

Vol

)

0

20

40

60

80

100

120

Plu

viom

etri

a (m

m) Dreno 2

Dreno 7

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 14

Média mensal

Pluviometria

Variação do CH4 e pluviometria em relação ao tempo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

jul/04 set/04 nov/04 jan/05 mar/05 mai/05

Meses

CH

4 (%

Vol

)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Plu

viom

etri

a (m

m)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Média mensal

Pluviometria

7.6.7 – Cromatografia CH4 e CO2 dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava

Fonte: Tabela A.7 (Anexo A) Figura 7.25 – Metano do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria

Fonte: Tabela A.15 (Anexo A) Figura 7.26 – Metano do Aterro Terra Brava e Pluviometria

180

Variação do CO2 e pluviometria em relação ao tempo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

jul/04 set/04 nov/04 jan/05 mar/05mai/05

Meses

CO

2 (%

Vol

)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Plu

viom

etri

a (m

m) Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

Dreno 4

Dreno 5

Média mensal

Pluviometria

Variação do CO2 e Pluviometria em relação ao tempo

0

5

10

15

20

25

30

35

jul/04 ago/04 out/04 dez/04 Média

Meses

CO

2 (%

Vol

)

0

20

40

60

80

100

120

Plu

viom

etri

a (m

m) Dreno 2

Dreno 7

Dreno 9

Dreno 10

Dreno 14

Média mensal

Pluviometria

Fonte: Tabela A.8 (Anexo A) Figura 7.27 – Dióxido de Carbono do Aterro Nova Iguaçu e Pluviometria

Fonte: Tabela A.16 (Anexo A) Figura 7.28 – Dióxido de Carbono do Aterro Terra Brava e Pluviometria

181

7.7 - Análise Estatística dos Resultados da Cromatografia dos Gases CO2 e CH4

dos Aterros Nova Iguaçu e Terra Brava

A maioria das análises estatísticas é feita com um número mínimo de medições ou

observações, ou seja, o tamanho das amostras deve ser de n≥30, de tal modo que as

conclusões tiradas sejam válidas para a população em estudo.

As tabelas de gases com resultados das análises cromatográficas (Anexo A) foram

submetidas às análises estatísticas, aplicando-se o coeficiente de correlação e testando a

significância que indicará se esta correlação existe ou não. Este teste se baseia em dois

tipos de ocorrência de erros:

- Erro Tipo I: Despreza-se a H0 (Hipótese nula) e se adota Ha (Hipótese alternativa);

- Erro Tipo II: Adota-se H0 e despreza-se Ha.

A hipótese nula (H0) afirma que não há correlação entre as variáveis, enquanto

que a hipótese alternativa (Ha) afirma o contrário, ou seja, há correlação.

A ocorrência do Erro Tipo I ou Tipo II vai depender da comparação entre as

significâncias, observadas da seguinte forma:

- Se a significância calculada for menor que a crítica (t0<tc), ocorre o Erro Tipo II,

adotando-se então a hipótese nula, o que indica que não há correlação;

- Se a significância calculada for maior que a crítica (t0>tc), ocorre o Erro Tipo I,

adotando-se então a hipótese alternativa, que afirma que há correlação entre as

variáveis.

Quando há correlação entre as variáveis, a sua classificação é feito pelo índice de

correlação como mostra a tabela abaixo:

Tabela 7.16 – Classificação do índice de correlação

Fonte: http://www.est.ufpr.br/~silvia/CE003/node74.html

Devido à inexistência de alguns dados referentes às medições de CO2 e CH4 dos

aterros Nova Iguaçu e Terra Brava, foram imputados valores de medições através da

média dos demais valores medidos.

182

7.7.1 - Dióxido de Carbono (CO2) do Aterro Nova Iguaçu

Apresentam-se a seguir valores de CO2 medidos no aterro de Nova Iguaçu:

CV= Coeficiente de Variação

183

7.7.2 - Metano (CH4) do Aterro Nova Iguaçu

São apresentados valores de CH4 medidos no aterro Nova Iguaçu:


184

7.7.3 – Dióxido de Carbono (CO2) do Aterro Terra Brava

Os valores medidos de CO2 no aterro Terra Brava são apresentados a seguir:


185

7.7.4 – Metano (CH4) do Aterro Terra Brava

São apresentados valores de CH4 medidos no aterro Terra Brava:


186

7.7.5 – Análise dos Resultados

Observou-se que as significâncias testadas para as correlações entre drenos e

pluviometria apontaram não haver correlação entre as variáveis, o que era esperado em

parte tendo em vista que as medidas pluviométricas não puderam ser realizadas

diretamente no aterro por razões de segurança.

As significâncias testadas para todas as matrizes de correlação entre drenos,

apontaram na maioria não haver correlação, o que se deve à heterogeneidade dos

resíduos, formas de operação e diferentes momentos de disposição, exceto para alguns

drenos.

As leituras de metano dos drenos 7 e 10 do aterro Nova Iguaçu, demonstraram

pelo teste da significância existir correlação entre estes. Esta correlação é muito forte

(rxy= 0,97), segundo a Tabela 7.16.

As medidas do dióxido de carbono dos drenos 1 e 2 do aterro Terra Brava,

indicaram a existência de correlação feita pelo teste da significância. A correlação

apontada é moderada (rxy= 0,60).

A correlação entre os drenos 3 e 4 do aterro Terra Brava para o CH4, apresentou

uma correlação moderada (rxy= 0,59), que pelo teste da significância atribuiu a

existência desta correlação.

Como se observou, a correlação positiva indica uma associação entre os drenos,

ou seja, ou seja, os aspectos qualitativos de ambos os drenos crescem conjuntamente.

Os resultados de CH4 referentes aos drenos 7 e 10 do aterro Nova Iguaçu, indicam

que os resíduos são homogêneos e dispostos de forma adequada, enquanto que os

resultados de CO2 dos drenos 1 e 2, CH4 dos drenos 3 e 4 do aterro Terra Brava

demonstram que os resíduos são menos homogêneos com momentos de disposição

poucos diferentes.

7.8 - Discussão dos Resultados

7.8.1 – Modelos Shool Canyon e Lima

Os modelos Shoool Canyon e Lima utilizados para cada aterro são bastante

diferentes entre si, sendo relevante obsevar que Lima (2002) adota uma série de

parâmetros apoiado em observações empíricas, que torna difícil comparar os dois

modelos.

187

Ao aplicar o modelo School Canyon para os aterros Nova Iguaçu (Figura 7.10) e

Terra Brava (Figura 7.9), foi observado que o aterro Nova Iguaçu produzirá uma

quantidade de gás maior do que o aterro Terra Brava fruto das diferenças entre os

diversos aspectos componentes do aterro, em especial o fato que um é um aterro

sanitário e o outro não. Outro fator observado foi a recuperação do gás que mostrou

melhor aproveitamento para o aterro Nova Iguaçu (Figura 7.10) o que era claramente

esperado.

Ao aplicar o modelo de Lima para os dois aterros, observou que a produção de

gás também foi maior para o aterro Nova Iguaçu.

7.8.2 - Explosividade

A explosividade está associada à composição de metano, quando este atinge o 5%

em volume, o que corresponde a 100% do Limite Inferior de Explosividade.

Os gases emitidos pelos drenos do aterro Nova Iguaçu demonstraram que o

percentual de LEL variou de forma intensa no período de jul/03 a mai/04 (Figura 7.13),

enquanto que os drenos do aterro Terra Brava apresentaram pequenas variações no LEL

(Figura 7.14). Isto vem demonstrar uma decomposição inicialmente mais acelerada no

aterro Nova Iguaçu, o que naturalmente está relacionado à composição dos resíduos

depositados, a forma de disposição e às condições ambientais.

7.8.3 - Metano

O metano do aterro Nova Iguaçu apresentou composições bastante variadas nos

meses de jul/03 a mai/04 (Figura 7.15), atingindo valores máximos de 4.40% vol. de

metano.

Para o aterro Terra Brava observaram-se poucas variações na composição do gás

(Figura 7.16).

7.8.4 - Dióxido de Carbono

Observou-se que o gás CO2 produzido no aterro Nova Iguaçu pelas bactérias

hidrolíticas, fermentativas e redutoras de sulfato, apresentou composições bastante

variadas (Figura 7.17) nos meses de jul/03 a mai/04, enquanto que no aterro Terra Brava

esta composição variou pouco (Figura 7.18). A situação observada mostrou que o

processo de decomposição é mais acelerado para o aterro Nova Iguaçu. Naturalmente o

188

tipo de resíduo, composição, operação e fatores micro ambientais (e.g. temperatura)

contribuem para este fato.

7.8.5 - Oxigênio

O consumo de O2 pelas bactérias aeróbias observado no aterro Nova Iguaçu no

período de mar/04 a jun/04 (Figura 7.19) foi maior do que o do aterro Terra Brava

(Figura 7.20).

Observou-se também que de jun/04 a out/04 (Figura 7.19), há aumento da

presença de oxigênio, causado talvez pela forma de disposição dos resíduos.

O oxigênio consumido pelas aeróbias no aterro Terra Brava demonstrou que a

decomposição dos resíduos foi lenta, devido ao consumo de O2 ser baixo. Por outro

lado, a decomposição dos resíduos no aterro Nova Iguaçu é acelerada, já que as aeróbias

consomem praticamente todo o oxigênio.

7.8.6 - Sulfeto de Hidrogênio

O gás proveniente do 2º Estágio do processo de decomposição biológica

(acetogênese) apresentou concentração bastante mais variada para o aterro Nova Iguaçu

(Figuras 7.21 e 7.22). Essas variações indicam que o processo de decomposição no

aterro Nova Iguaçu é acelerado, enquanto que no aterro Terra Brava este processo é

lento.

As concentrações de gás H2S podem trazer problemas que oferecem risco à saúde

humana, como mostra a Figura 7.29.

189

Fonte: ATSDR, 2005

Figura 7.29 – Efeitos causados a saúde humana pelo H2S

7.8.7 - Temperatura

Segundo Markovich e Petrova (1966), as bactérias metanogênicas podem atuar

em duas faixas distintas de temperatura, a mesofílica, que varia de 29° a 45°C e a

termofílica, que vai de 45° a 70°C.

Como se observou, a temperatura média do aterro Nova Iguaçu vai de 29,1°C a

47,2°C (Figura 7.23), enquanto que a temperatura do aterro Terra Brava vai de 30° a

34,2°C (Figura 7.24). Isto vem demonstrar que no aterro Nova Iguaçu as bactérias

metanogênicas atuantes no processo são as mesofílicas e termofílicas, enquanto

aparentemente no aterro Terra Brava somente se observa a presença de bactérias

mesofílica.

190

7.9 - Observações Finais Parciais

A enorme quantidade de resultados apresentada indica algumas tendências, como

os efeitos climáticos na produção de gases e a emanação de gases na atmosfera,

indicando a importância de uma cobertura adequada no aterro, seja para um melhor

controle dos gases, seja para evitar um possível efeito prejudicial à saúde dos seres

vivos no ambiente.

Além disso, observou-se que contradizendo algumas indicações, mesmo fazendo

observações de gases em drenos de gases de grandes dimensões a pequenas

profundidades, foi observada a presença de gases como CH4, CO2 e H2S, conforme já

tinha sido constatado por Real (2005) em estudos com drenos de pequenas dimensões.

Vale observar por fim, que oxigênio presente na mistura gasosa, quando consumido

pelas bactérias, tem seu percentual na mistura gasosa (CH4, CO2, O2 e H2S) reduzido;

assim, entende-se por consumido nos meses subseqüentes àqueles em que as medições

tiveram valor nulo, ou seja, não indicaram a presença de oxigênio.

191

VIII - CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA NOVAS PESQUISAS

8.1 – Conclusão

Os trabalhos de pesquisa aqui desenvolvidos permitiram concluir que:

1. O equipamento MiniWarm da Dräger utilizado com sensores CH4, CO2 e H2S é

um bom indicador da presença dos gases em aterros de resíduos, fornecendo

ainda informações relativas ao limite de explosividade. Contudo de uma forma

geral, não atende os valores encontrados em aterros no que tange em especial

aos limites de CH4 e CO2. A modificação para medição de presença total de

metano seria talvez possível com este equipamento, mas por questões

operacionais não foi feita.

2. Para avaliação qualitativa dos gases, metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2),

a coleta de gases in situ em seringas com posterior análise em laboratório com

cromatógrafo mostrou ser um procedimento bastante adequado.

3. Os valores de CH4 e CO2 medidos permitem a observação no momento que a

suposição que 50% produzidos seja metano e 50% CO2 encontrada em diversas

publicações não foi confirmada, pelo menos nos aterros analisados próximos ao

município do Rio de Janeiro, onde de forma geral no período das leituras em que

os aterros se encontram em operação, os valores médios de metano acusados

indicam por volta de 60 % de metano e 17 % de CO2..

4. A utilização de solos adequados e procedimentos corretos são de enorme

importância na qualidade de operação do aterro e seus efeitos ambientais e à

possível saúde da população do entorno. O solo usado na cobertura do Aterro de

Nova Iguaçu com características argilosas atende a finalidade de proteger a

massa de lixo da entrada de água de chuva e diminui a oxigenação do aterro, em

especial nas camadas próximas à superfície.

5. No aterro Terra Brava a cobertura vem sendo feita com solo bem mais

permeável do que o caso de Nova Iguaçu. Os resultados obtidos no que se refere

a produção de gases não permitiram uma associação conclusiva em termos de

degradação dos resíduos e da oxigenação do aterro, mas conforme observado no

item anterior no aterro de Nova Iguaçu há efetivamente um envelopamento dos

resíduos ao passo que no aterro Terra Brava pelo material empregado e pela

192

forma de compactação há provavelmente uma maior oxigenação nas camadas

superiores e degradação aeróbia.

6. A relação entre pluviometria e produção de metano indicou leve efeito de

aumento na produção de metano em períodos após chuvas.

7. Segundo o modelo School Canyon a produção prevista de gás em aterros foi

maior no aterro de Nova Iguaçu sendo que para o modelo de Lima os valores

acumulados previstos ficaram próximos entre si. A causa desta semelhança

foram os valores pré-estabelecidos para o modelo de Lima, já que os mesmos

deveriam ser diferenciados para cada aterro, segundo a quantidade de resíduo e

gás. De qualquer forma, os modelos são empíricos e a escolha dos parâmetros

recomenda investigações mais profundas de modelos de representação da

produção de gases.

8.2 – Propostas para Novas Pesquisas

1. Recomenda-se simular com modelos numéricos o processo de construção do

aterro e biodegradação da matéria orgânica (elementos finitos, volumes finitos

ou diferenças finitas).

2. Efetuar medidas in situ com equipamentos que meçam percentuais sobre o total

(cromatógrafos de campo, etc).

3. Medir o fluxo de gases diretamente e melhorar os modelos de previsão de

quantidade de gás produzida no aterro.

193

IX - COMENTÁRIOS FINAIS

1. O solo usado na cobertura do Aterro Terra Brava apresentou um pequeno

percentual de argila, sendo sua compactação deficiente, não tendo se observado

controle de qualidade da mesma. A espessura final de compactação era e é

variável.

2. Para o caso do aterro da CTR-NI (Central de Tratamento de Resíduos de Nova

Iguaçu) utilizou-se um solo com um percentual médio de argila correspondente a

57%. A compactação era feita corretamente, em camadas de 0,30 m de

espessuras, mas sem controle de qualidade da mesma. As camadas finais de

tinham 1,00 m de espessura.

3. Foram feitas 9 medidas em 16 pontos denominados PDR’s no Aterro Nova

Iguaçu. As medidas foram feitas de julho de 2003 a Dezembro de 2004, tendo-se

observado que a partir de maio de 2004 até 12/04 quase todos os drenos

apresentaram 100% de Limite Inferior de Explosividade em quase todos os

pontos. Também com relação ao CH4, a partir de maio de 2004 houve uma

estabilização aos % de CH4 em volume para o valor máximo mensurável para o

equipamento. O mesmo foi observado para o CO2.

4. As leituras de H2S apresentaram valores variados, tendo alguns pontos atingidos

o limite superior máximo dos sensores usados no equipamento.

5. No Aterro Nova Iguaçu as temperaturas nos drenos mostraram-se mais elevadas

do que a temperatura externa.

6. Os resultados das análises cromatográficas dos gases coletados em Nova Iguaçu

indicaram em média valores superiores a 50%. Por outro lado, a média

percentual de CO2 medido ficou entre 11 a 12% do total produzido.

7. De forma geral, na maioria dos 5 PDR’s estudados com exceção do 4 e 5 o

limite de explosividade foi observado pelo equipamento. Da mesma forma, o

CH4 chegou no limite superior de calibração do equipamento nos três primeiros

PDR’s investigados.

8. Dos 5 PDR’s investigados os três primeiros apresentaram valores no limite

inferior de CO2. No caso do H2S (sulfeto de hidrogênio ou gás sulfídrico), nem

todos os PDR’s apresentaram leituras que se aproximaram do limite máximo,

sendo que o PDR 5 praticamente não indicou presença deste gás.

9. Nos PDR’s 4 e 5 observou-se presença normal de oxigênio, com valores

próximos a 20,9% em volume.

194

10. As temperaturas nos pontos de medição eram sempre superiores à temperatura

ambiente, com exceção do PDR 6.

11. Com exceção do observado nos PDR’s 4 e 5, os PDR’s 1, 2 e 3 indicaram

produção significativa de CH4. Já a produção de CO2, mesmo nestes PDR’s

ficam entorno de 10%, sendo nos restantes praticamente nulas.

12. Observou-se que o mau cheiro oriundo dos resíduos e gases produzidos no

Aterro Terra Brava era pior do que no Aterro Nova Iguaçu.

As causas prováveis são:

a) Qualidade do solo usado em Nova Iguaçu;

b) Controle na disposição da camada;

c) Processos controlados de captação dos gases.

195

X – REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

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