Avaliação do potencial de geração de biogás de ... · variação da altura de uma solução colocada anteriormente. ... neutralização do pH desta solução para lavagem da

Departamento de Engenharia Civil

Avaliação do potencial de geração de biogás de amostras de resíduos de diferentes profundidades

retiradas do Aterro Metropolitano de Jardim Gramacho

Aluno: Lauro Santana Freire Coutinho Orientador: Tácio Mauro Pereira de Campos

Co-Orientador: Denise Maria Mano Pessoa; Thaís Cristina Campos de Abreu

Introdução

Diante das mudanças climáticas que a humanidade vem enfrentando, um dos assuntos

amplamente discutidos é o aquecimento global, ocasionado pela elevada concentração de

gases de efeito estufa. Este aquecimento é resultante do modelo de desenvolvimento baseado

na queima de combustíveis fósseis da era industrial juntamente com a precária preservação do

meio ambiente como cortes de árvores e poluição dos mares que ajudam na regularização do

efeito estufa.

Dentre as fontes antropogênicas produtora de metano destaca-se a de aterros sanitários,

responsáveis por 10 a 20 % das emissões de metano ([8], apud INTERGOVERNMENTAL

PANEL ON CLIMATE CHANGE, 2007). A fim de minimizar as emissões de gases do efeito

estufa, em diversos países iniciou-se a instalação de usinas de biogás em aterros sanitários

para além de promover a diminuição de emissões gasosas, aproveitar para a geração de

energia, visto que estes aterros são contribuintes do aquecimento global.

Até 2012 o Aterro Jardim Gramacho era o maior aterro da América Latina. O local

recebia, por dia, 7.000 toneladas de lixo provenientes do Município de Duque de Caxias, dois

municípios da Baixada Fluminense e do Município do Rio de Janeiro. Foram feitos poços de

coleta de biogás para aproveitamento energético.

Para projetar uma unidade de transformação de biogás em energia faz-se necessário o

conhecimento prévio da quantidade de biogás a ser produzida a partir, em grande parte, da

decomposição da matéria orgânica que é depositada durante todo o seu funcionamento. Para

tal, é necessário um estudo previo da geração de biogás.

Embora no Aterro Jardim Gramacho já esteja implementanda a captação do biogás, foi

vista uma oportunidade para se fazer um estudo, aqui na PUC-Rio, sobre a possível geração

do mesmo.

Para a retirada do material a ser estudado foi utilizada uma perfuratriz que conseguiria

retirar materiais de grandes profundidades. Essas diferentes profundidades servem para

avaliar quanto de gás produzirá ainda este aterro e quanto é a produção de biogás destes

materiais mais antigos. Dentre as diversas metodologias que poderíamos aplicar para a análise

dos dados, foi, portanto, escolhida a metodologia GB21 [1] que consiste em colocar a matéria

orgânica juntamente com bactérias anaeróbias em um ambiente propício para a degradação e,

consequentemente, a geração de biogás que será medido em um eudiômetro através da

variação da altura de uma solução colocada anteriormente.

Biogás

O biogás é um gás produzido principalmente pelas archaebactérias. A oxidação

biológica do gás metano acontece através da ação das archaebactérias que são capazes de

utilizar o metano como fonte de carbono e energia, convertendo em água, dióxido de carbono

e biomassa celular. O processo de oxidação depende de diferentes fatores físico-químicos, que

envolvem tanto características geotécnicas quanto microbiológicas e que contém como grande


parte de sua produção o gás metano, este possui alto poder calorífico, já que foi constado que

durante a sua combustão uma alta quantidade de energia é liberada.

O biogás, até os anos 70, era apenas considerado um subproduto obtido por meio da

decomposição de resíduo urbano, do tratamento de efluentes domésticos e resíduos animais.

Porém, a alta dos preços dos combustíveis convencionais como a gasolina e o diesel e carvão

vegetal utilizado em indústrias termoelétricas, e o crescente desenvolvimento econômico vêm

estimulando pesquisas de fontes renováveis para produção de energia, tentando criar, novas

formas de produção energética que possibilitem a redução da utilização dos recursos naturais

esgotáveis [5].

A conversão energética do biogás pode ser apresentada como uma solução para o

grande volume de resíduos produzidos por atividades agrícolas e pecuárias, destilarias,

tratamento de esgotos domésticos entre outros. Esses resíduos são, em sua maior parte,

compostos de matéria orgânica que é volatilizada ao ser convertida em metano e dióxido de

carbono [5].

O gás metano tem muito mais capacidade de absorver o calor proveniente do sol que o

dióxido de carbono, aumentando assim o efeito estufa. Quando queimado ele se transforma

em dióxido de carbono, minimizando assim o impacto no meio ambiente e aproveitando seu

poder calorífico podemos gerar energia, agregando, desta forma, ganho ambiental e redução

de custos [5].

O conhecimento dos processos de produção do gás metano é essencial para o

aproveitamento de energia. Assim, Farquahar & Rovers identificaram, em 1973, os processos

envolvidos na degradação anaeróbia e convencionou-se, a título didático, de apresentá-las em

4 etapas, sendo elas a hidrólise; acidogênese; acetogênese; e metanogênese.

“A primeira etapa na digestão anaeróbia é a hidrólise dos polímeros de cadeia longa,

realizada pelas bactérias fermentativas hidrolíticas. Como as bactérias não são capazes de

assimilar a matéria orgânica particulada, ocorre a hidrólise de materiais particulados

complexos (polímeros) em materias dissolvidos mais simples (moléculas menores). Os

principais compostos a serem hidrolisados são a celulose, as proteínas e os lipídios.

Na acidogênese os açucares e aminoácidos produzidos na etapa de hidrólise são

absorvidos pelos organismos acidogênicos e fermentados intracelularmente a ácidos graxos de

cadeias mais curtas, como o acetato. As vias bioquímicas pelos quais o substrato é fermentado

e a natureza do produto (tipo de ácido volátil produzido) dependerão, principalmente, do tipo

de substrato e da pressão parcial de hidrogênio.

Na fase acetogênese as bactérias acetogênicas desempenham um papel importante

convertendo os produtos da acidogênese em compostos que formam substrato para a produção

de metano ([3], apud LETTINGA et al., 2011, p. 16). “As bactérias acetogênicas produtoras

de hidrogênio são capazes de converter ácidos graxos com mais de dois carbonos a ácido

acético, CO2 e H2 são os substratos para as bactérias metanogênicas” [7].

Durante a fase metanogênica o metano é produzido pelas arqueias metanogênicas por

duas vias metabólicas principais: hidrogenotrófica e acetotrófica (ou acetoclástica). As

arqueas hidrogenotróficas são autótrofas, reduzindo CO2 (gás carbônico) a CH4(gás metano),

usando H2 como doador de elétrons, liberando H2O. As arquéias acetoclásticas são

heterótrofas, produzindo o CH4 e CO2 a partir da redução do acetato (fermentação) [6].

Objetivos Aprimorar o ensaio GB21, para conseguir maior precisão na obtenção dos dados.

A determinação do volume máximo de biogás gerado pelo método GB21 em amostras

retiradas em furos de sondagens em diferentes profundidades do Aterro Metropolitano de

Jardim Gramacho.


Metodologia Na literatura podem ser encontradas diversas metodologias para avaliação da produção

do potencial bioquímico de metano (BMP – Biochemical Methane Potential), visto não haver

nenhuma norma padronizada que estabeleça qual método deve ser utilizado. Estas inúmera

metodologias podem diferir na preparação do ensaio, tempo de maturação, quantidade de

material, quantidade de lodo ativado e no equipamento. Algumas pesquisas ocorridas no

Brasil têm utilizado para a aferição da medição de gases nos ensaios BMP, manômetros de

precisão. Contudo, a aferição por meio de um tubo eudiométrico apresenta maior precisão na

aquisição de dados de variação volumétrica de gás.

Assim, nesta pesquisa foi utilizado, para a determinação da produção de geração de

biogás, um procedimento padronizado na Alemanha conhecido como GB21 (DIN 38414 Part

8) [1]. Contudo, alguns procedimentos na montagem e execução dos ensaios para avaliar o

potencial máximo de produção de biogás necessitaram ser modificados ou adaptados, pois

foram observadas algumas falhas durante a execução deste método.

1. Montagem do equipamento

1.1 - Preparação do Fluido Selante

Nos experimentos iniciados por [3], o líquido utilizado no tubo eudiométrico foi água

com corante, para melhor visualização das leituras de variação volumétrica neste tubo.

Contudo, foi notado uma acidificação deste líquido, sendo no início do ensaio um valor de pH

de 5,8, que corresponde ao pH da água utilizada, e no final deste o pH passou a 3,95. A

acidificação do meio aquoso foi propiciada pela dissolução/solubilização do dióxido de

carbono [6] gerado na degradação do resíduo.

Com intuito de evitar esta dissolução foi preparado uma solução líquida de maneira que

não pudesse ocorrer tal processo e pudesse ser medido com maior acurácia o volume de

biogás produzido.

Tal solução foi nomeada como solução selante, por promover um selo entre a fase

gasosa e a fase líquido (fluido este que será deslocado pelo gás gerado).

A solução selante adotada no método GB21, para minimizar a solubilização do dióxido

de carbono, corresponde a uma solução ácida preparada a partir de 200 g de sulfato de sódio

decahidratado (Na2SO4*10 H2O) com 30 ml de ácido sulfúrico (H2SO4 – p= 1,84 g/ml) para

1000 ml de água destilada. Contudo, uma pequena modificação foi realizada, pois não foi

possível preparar a mesma a partir de sulfato de sódio decahidratado, sendo utilizado o sulfato

de sódio anidro (Na2SO4). Para poder fazer essa alteração, foi necessário fazer cálculos de

equivalência entre ambas as soluções, sulfato de sódio decahidratado (Na2SO4*10 H2O) e

sulfato de sódio anidro (Na2SO4). Então para cada 200g de decahidratado (Na2SO4*10 H2O)

são necessários 87,64 g de sulfato de sódio anidro (Na2SO4).

Antes de preparar a solução selante foi feita uma solução cáustica, com pH básico, que

deveria ser utilizada tanto em caso de acidente envolvendo a solução selante quanto na

neutralização do pH desta solução para lavagem da vidraria. Ela foi preparada utilizando

16,155 g de hidróxido de sódio e adicionadas 150 ml de água destilada à um Becker de 600

ml a fim de facilitar a dissolução. Depois foi completado o volume, ainda com água destilada,

para 200 ml.

A solução selante foi preparada em 2 balões volumétricos de 500 ml, pois não

possuíamos um de capacidade maior. Nestes foram adicionados 100 ml de água destilada e

acrescentado, aos poucos, 43,82 g de sulfato de sódio (Na2SO4) para promover melhor

dissolução. Depois foram adicionados 15 ml de ácido sulfúrico (H2SO4), também aos poucos

pois queríamos controlar a temperatura da solução, visto que a mesma é exotérmica, ou seja,


libera calor. Então completamos o balão até atingir 500 ml com água destilada. O pH da água

foi medido para ter-se o controle do pH final da solução.

Como a solução fica exposta à atmosfera, teve que ser visto se a mesma não evaporaria

ou absorveria umidade do ar. Então, foram postos em uma proveta 20 ml de solução que ficou

exposta durante 24 horas verificou-se que não houve variação no volume da mesma.

1.2 - Sistemas de Vedação entre o Frasco de Reagente e o Tubo Eudiométrico

Durante a execução dos primeiros ensaios como uso da solução selante, utilizando a

metodologia Alemã, foi notada a evaporação da água do frasco reagente através da

visualização de gotículas formadas na parte externa do contato entre este frasco e o tubo

eudiométrico, indicando a existência de vazamento de biogás.

Com o intuito de extinguir tal vazamento, foram testados vários materiais

impermeabilizantes para gás, a fim de promover a vedação do equipamento, como a vaselina

que atua no contato entre as vidrarias. Outros materiais como parafina, cola quente, silicone e

silicone especial para vidros foram adicionados na parte exterior do contato das vidrarias para

impedir ainda mais qualquer gás que possa passar pela vaselina.

Foi visto que a vaselina juntamente com o silicone especial voltado para vidros é a

combinação mais próxima do ideal que conseguimos dentro dos limites do laboratório e que

se provou bastante satisfatória, embora quando passam de 21 dias o silicone começa a rachar

e abrir espaço para a passagem do gás, e, portanto quando o ensaio demorar mais do que o

esperado deve-se verificar constantemente o silicone para evitar vazamentos.

1.3 – Descrição do Equipamento

No intuito de medir a produção de gás gerado, um equipamento com um tubo

eudiométrico foi utilizado. Este equipamento é composto de:

(A) um eudiômetro com volume de 400 ml, com diâmetro externo do tubo de 35 mm

que é graduado de cima para baixo e de baixo para cima com uma escala de graduação de 5

ml, este conterá a solução selante. E o tubo interno deste eudiômetro com diâmetro de 6 mm,

por este passara o gás que deslocará o fluido selante do tubo externo;

(B) um frasco de 500 ml onde vai ficar a solução da “matéria orgânica” com o lodo e a

água. Este é encaixado no tubo endiométrico;

(C) um recipiente, onde um tubo flexível de silicone faz a conexão entre este e o

eudiômetro;

Um banho-maria, que serve para manter a temperatura constante da solução com

material em estudo que esta dentro do frasco (B).

A Figura 1 apresenta o protótipo deste equipamento.

O funcionamento deste equipamento segue o princípio dos vasos comunicantes, ou “Lei

de Stevin”, em que, o gás formado dentro do tubo B, ingressa o tubo interno do eudiômetro e

desloca para baixo o líquido selante presente no tubo externo, sendo assim, possível analisar o

volume gerado. Uma válvula no topo do eudiômetro é usada para a remoção da amostra de

gás, que ao sair reduz a pressão interna fazendo com que o líquido suba, ajustando assim o

ensaio o para ponto inicial. Isto é feito quando a produção de gás atinja próxima a marcação

dos 400 ml, pois esta marca indica o limite máximo para nossa aferição, o que nos impede de

mensurar o volume de gás produzido após tal marca. Além de evitar o risco da saída do gás

através do recipiente (C), que fica aberto para garantir que o líquido esteja à pressão

atmosférica, seguindo o princípio dos vasos comunicantes [1].

O frasco (B) fica imerso em água no banho-maria com temperatura fixa de 35,5 ºC para

otimizar a produção de gás, tendo em vista que a temperatura é um fator de extrema

importância, por estar relacionado as atividade metabólica das bactérias metanogênicas.


Na Figura 2 podemos ver o equipamento completo que foi utilizado nos ensaios,

incluindo o banho-maria que mantém a temperatura ideal para o experimento.

Figura 1 – Esquema do equipamento. Figura 2 – Equipamento utilizado

2. Montagem do Ensaio GB21

2.1 - Obtenção do Material

Os materiais utilizados na determinação da produção de biogás foram retirados do

Aterro de Gramacho com o auxílio de uma perfuratriz (AF-130 da IMT), pois devido à grande

profundidade em que o material estava, era inviável escavar o local. Esse equipamento

permitiu que os materiais fossem extraídos de diferentes profundidades. Foi utilizado um

equipamento bastante similar ao utilizado na indústria de petróleo em recuperação de peças

perdidas nos poços, a “junk basket”, na retirada do material. A forma com a qual o

equipamento funciona é bastante similar à utilizada em amostragem por cravação. O

amostrador possui dentes que estão localizados na parte inferior e conforme é rotacionado em

torno do seu próprio eixo, promovem uma desagregação/ruptura do material do entorno, e

com isto permite que o amostrador possa atingir maior profundidade, conforme mostra a

Figura 3.

Do material amostrado dos furos de “sondagem” uma seleção deste foi realizada para a

obtenção da fração orgânica que será utilizada no ensaio em questão.

A obtenção do material foi bastante difícil devido às diversas paralisações por

apresentar inúmeros problemas com o equipamento. Atrasos estes que podem ter se dado

tanto por quebra de peças que tiveram que ser mandadas fazer por não haver no mercado


Brasileiro ou mesmo pelo desgaste dos dentes da broca, visto que sua aplicação para este tipo

de material requer manutenções constantes.

A profundidade varia muito com a estrutura do aterro, a profundidade máxima

atingida no aterro de Gramacho foi de 30 metros, sendo que a grande maioria dos poços de

perfuração situando no topo do aterro só foi possível atingir 15 metros de profundidade

devido a obstruções como pedaços grandes de árvores ou pedras, enquanto que em outras

localizações a profundidade máxima foi de 20 metros. Deve-se ressaltar que devido à

topografia do aterro as alturas variam de ponto para ponto, tendo um ponto em relação ao

outro um desnível.

Após o material ser retirado de um poço, o mesmo era disposto num tambor, como os

usados pela COMLURB para a coleta de lixo, destes eram transportados, pesados e

despejados sobre uma lona de PVC, Figura 4. Este transporte era feito por medida de

segurança, visto que a perfuração continuava ocorrendo enquanto o material era coletado e

analisado, por isso era necessário estar distante da máquina para evitar acidentes. Foi

realizado o quarteamento na hora da coleta visando homogeneizar a amostra e conseguir uma

amostragem estatística de maior qualidade. Assim, as amostras eram tomadas em 5 sacos

plásticos que seriam utilizados na determinação do teor umidade, teor de matéria orgânica,

separação do material orgânico utilizado no ensaio de geração de gás e os demais eram

armazenados sob refrigeração, para conservar suas propriedades, e posterior análises, sendo

cada um dos sacos identificados com os dados do número do poço, a profundidade atingida e

a data de coleta. Só seriam necessários 2 sacos para obtenção do material orgânico que será

usado neste ensaio, mas, por precaução, foram coletados 5 sacos.

Figura 3 – Coleta com a perfuratriz. Figura 4 – Coleta manual

2.2 - Preparação do material para o ensaio GB21

O processo de separação do material foi feito sob uma capela de exaustão, visando à

melhoria das condições de trabalho devido ao odor do mesmo. Foi notado que em diferentes

materiais quanto mais úmido era o material mais intenso era o odor. O material foi então

separado em matéria orgânica e inerte. Após a separação do material, este era passado por

uma peneira de abertura de malha 9,52 mm e de número ASTM 3/8”. A fração do material

retido nesta peneira foi submetido à trituração mecânica, com o auxílio de um triturador de

alimentos (Philips RI7620). Materiais mais duros ou de difícil trituração, como madeiras,

galhos e fibras de coco tiveram que ser triturados manualmente com tesouras de poda para

jardim. Ao utilizarmos a forma de trituração mecânica, alguns cuidados na manipulação do

material tiveram que ser levados em consideração, pois foi observado que ao submeter

materiais de difícil trituração neste equipamento, o mesmo apresentava um ligeiro


aquecimento, o que ocasionava em uma perda de umidade do material, logo este foi utilizado

com moderação, ou seja, em pequenos intervalos de tempo. Os pedaços foram reduzidos até

que pudessem passar pela peneira, afim de aumentar a sua superfície de contato e acelerar sua

degradação.

Após a trituração do material, o material passante pela peneira ASTM 3/8” foi

homogeneizado, colocado em sacos plásticos que foram submetido a vácuo e, então,

armazenado, em um freezer. Estes últimos procedimentos foram realizados no intuito de

manter suas propriedades, tanto a umidade quanto impedir a degradação do material pelas

bactérias que estão presentes no mesmo, que ao ficarem em temperaturas baixas o seu

metabolismo diminui e consequentemente a degradação do material também.

2.3 - Obtenção do lodo

O lodo, anaeróbio, ativado foi obtido em uma planta de tratamento de esgoto na qual

houve um tratamento com um biodigestor anaeróbio. Ele possui caráter neutro e com alta

concentração de matéria orgânica. Foram determinados tanto o teor de matéria orgânica

quanto o teor de sólidos voláteis adotando a norma NBR 13600/1996, o material foi colocado

à 440 ºC para determinação do teor M.O. e à 550 ºC para determinar o teor de S.V, de acordo

com [3] na Tabela 1.

Inicialmente, foi realizada a secagem das amostras, em estufa a 105 ± 5ºC, para a

umidade das amostras não influenciarem no ensaio de matéria orgânica. Assume-se que a

quantidade de matéria orgânica total existente na amostra é a diferença entre a massa da

amostra inicial e a massa da amostra após queima em mufla a 440 ± 5°C, já que toda a

matéria orgânica é degradada nestas condições. Então, pode-se calcular desta forma:

1001 ⋅

−=

A

BMO

onde MO é o teor de matéria orgânica [%]; A é a massa da amostra seca em estufa [g]; e B é a

massa da amostra queimada em mufla [g].

Na determinação do teor de sólidos voláteis, foi utilizado o material que restou após o

ensaio de determinação de M.O. Assim, este material foi levado a uma mufla, cuja

temperatura atingiu 550 °C, por 3 horas, e depois que esfriou, foi determinado o seu peso. O

calculo é dado da seguinte forma:

1001

1⋅

−

=

P

PfPSV

onde P1 é o peso inicial [g]; e Pf é o peso final [g].

Tabela 1 - Determinação do teor de M.O e S.V.

Teor de M.O

(%)

Teor de S.V.

(%)

48,37 52,63

2.4 - Procedimento de Execução do Ensaio GB21

O ensaio ocorre em triplicatas, assim para cada um foram colocados no frasco (B) 50

gramas de material “orgânico” (preparado conforme item 2.2), aproximadamente, com a

adição de mais 50 ml de lodo ativado e completado o volume do frasco para 300 ml com água

da torneira. Após, foi medido o pH desta solução (que consiste no material mais lodo ativado

mais água da torneira), do lodo para controle, pois é sabido que as bactérias podem ficar

inativas dentro de uma faixa de pH, se esse pH for muito alto ou baixo elas podem vir a

morrer [4], e o pH da água utilizada também foi medido previamente.

O grupo de bactérias que foi utilizado trabalha melhor dentro da faixa de 6,8 até 8,2 [1],

então se o lodo ou a solução estivesse fora desta faixa ela deveria ser balanceada com um


agente que a torna mais básica, solução de soda caustica que aumenta o pH, ou com ácido

clorídrico, que a torna mais ácida, diminui o pH. Como não foi possível avaliar o pH durante

o ensaio, pudemos levar em consideração as condições deste parâmetro no início e no final do

ensaio. Durante o ensaio de produção de gás a solução passa por determinadas fases que

aumentam e reduzem o pH, impedindo grandes flutuações que poderiam influenciar

negativamente na produção total do biogás.

A leitura era realizada periodicamente de pelo menos 3 vezes ao dia. De acordo com a

metodologia aplicada, o processo de estabilização da produção de metano demorou entorno de

21 dias, entretanto, os ensaios duraram mais de 21 dias, em média, até que as produções de

gás atingissem o estado de estabilização.

Resultado

Para a realização dos ensaios foram utilizados materiais obtidos de dois furos de

sondagem, um deles nomeado de Furo 128C, em que foram obtidos materiais das

profundidades de 5, 10 e 15 metros, e outro do Furo 131, com profundidade de 5, 10, 15, 20,

25 e 30 metros. Contudo, deste último furo, apenas foram executados ensaios com as

profundidades de 5, 15 e 30 metros.

Caracterização do Material

Durante o procedimento de separação do material, este foi separado em fração inerte e

orgânica. Assim, na Figura 5, pode-se observar a quantidade percentual de cada uma destas

frações presentes em cada profundidade.

Figura 5 – Composição gravimétrica.


Alguns parâmetros de caracterização física do material foram obtidos, tal como o teor

de umidade (w), o teor de matéria orgânica (M.O.) e o teor de sólidos voláteis (S.V.).

Para a determinação do teor de umidade bruto do resíduo, foi tomada uma quantidade

de material bruto e colocado em estufa a 105 ± 5 ºC até a obtenção da constância de massa.

Procedimento semelhante foi adotado para as frações inerte e orgânica que foram obtidas a

partir da separação do material, sendo que a fração orgânica foi previamente triturada. Estes

resultados podem ser vistos na Tabela 2.

Tabela 2 - Determinação do teor de umidade.

Furo Profundidade

(m)

w Bruto

(%)

w Inerte

(%)

w M.O.

(%)

128C 5 - 46,2 93,0

10 69,5 61,8 86,1

15 114 91,0 89,1

131 5 31,6 33,9 39,7

15 44,7 35,7 86,0

30 53,8 63,0 72,0

Durante o ensaio, do Furo 128C 5 metros, ocorreu uma falha no equipamento causando

a queima do material, impedindo assim a medição do teor de umidade.

Na determinação do teor de matéria orgânica (M.O.) e sólidos voláteis (S.V.) foi tomada

uma porção do material que foi submetido ao processo de trituração e peneiramento conforme

explicado no item 2. Na Tabela 3 podem ser observados os resultados obtidos.

Tabela 3 - Determinação do teor de M.O e S.V.

Furo Profundidade

(m)

Teor de

M.O.

(%)

Teor de

S.V.

(%)

128C

5 42,5 45,0

10 22,5 25,5

15 28 29,7

131

5 9,0 12,6

15 42,2 48,1

30 8,0 7,9

A princípio nota-se uma grande diferença nos teores de M.O. e S.V. nas profundidades

de 5 e 30 metros do Furo 131, essa não é justificada na separação do material, tendo assim

que serem realizados outros ensaios para melhor apurar estes dados. Visto que o ensaio foi

realizado em triplicada, serão apresentados em tabelas os dados iniciais de cada uma das

triplicadas para os furos/profundidades realizados.

Ensaio Gb21

A apresentação dos resultados do ensaio de produção de biogás será por furo, e dentro

deste os resultados apresentados como um perfil de solo, ou seja, por profundidade.

Furo 128C

a) profundidade 5 metros

Os dados de pH no início do ensaio como também a quantidade de material de massa

orgânica usado para cada frasco, são apresentados na Tabela 4.


Tabela 4 – Dados de entrada do ensaio do Furo 128C – 5 metros

Dados de Entrada Frasco 1 Frasco 2 Frasco 3

Peso de fração orgânica do RSU 50,030 g 50,010 g 50,009 g

pH do lodo 6,91 6,91 6,91

pH água de torneira 5,88 5,88 5,88

pH solução (água+lodo+f.org.RSU) 6,80 6,81 6,81

A partir dos dados apresentados, foi observado que o pH das três repetições são os

mesmos, assim, como também a quantidade de massa orgânica.

Os resultados da produção de biogás para as três repetições são apresentados em forma

de gráfico onde o eixo x apresenta o tempo de duração do ensaio e o eixo y apresenta o

volume de gás produzido e acumulado em ml durante o tempo decorrido do ensaio, como

visto no Gráfico 1.

Gráfico 1 – Volume de biogás acumulado para o Furo 128C – 5 metros.

Durante este experimento, a produção de biogás produzido não se estabilizou no tempo

de 21 dias. Portanto, para obter a fase de estabilização, o término do ensaio foi postergado até

que pudesse ser obtida tal etapa. Esta se deu início a partir do 45º dia, contudo neste instante

não foi encerrado a fim de realmente certificarmo-nos ter atingido tal fase, como visto no

Gráfico 1.

Pode ser observado, neste gráfico, que o volume máximo de gás produzido foi de

aproximadamente 4116,7 ml num tempo de aproximadamente 60 dias.

b) profundidade 10 metros

A Tabela 5 apresenta os dados de entrada do ensaio GB21. Sendo observado que o pH

das três repetições são os mesmos, assim como a quantidade de massa orgânica.





pH do lodo 6,91 6,91 6,91



Foi observado, durante o ensaio, que a produção de biogás ultrapassou o tempo

estabelecido pelo método GB21. Assim, houve a necessidade de estender até que fosse

observado a estabilização da produção de gás.

Gráfico 2 – Volume de biogás acumulado para o Furo 128C – 10 metros

A partir do Gráfico 2, pode-se obter o volume máximo de gás gerado num tempo de 22

dias, sendo este, aproximadamente 1112,5 ml.

c) profundidade 15 metros






pH do lodo 6,95 6,95 6,95



Neste ensaio, o tempo de duração ocorreu conforme a metodologia adotada, contudo a

razão de expendido o prazo, foi por questões de práticas, visto o final de o ensaio coincidir

com um final semana.



Do Gráfico 3 foi possível obter o volume máximo de gás produzido, sendo um valor de

aproximadamente 558,3 ml em um tempo de 22 dias.

Furo 131

a) profundidade 5 metros



Tabela 7 – Dados de entrada do ensaio do Furo 131 – 5 metros



pH do lodo 6,56 6,56 6,56



Foi observado, durante o ensaio, que a produção de biogás ultrapassou o tempo

estabelecido pelo método GB21. Assim, houve a necessidade de estender até que fosse

observado a estabilização da produção de gás.


Gráfico 4 – Volume de biogás acumulado para o Furo 131 – 5 metros

Na obtenção do volume de biogás acumulado, foi necessário desconsiderar uma das

amostras, já que esta apresentou um comportamento anômalo. Assim, o volume máximo de

gás produzido foi de aproximadamente 410 ml em um tempo de 22 dias, sendo este inferior

aos demais devido ao baixo teor de M.O.

b) profundidade 15 metros






pH do lodo 6,80 6,80 6,80



Neste ensaio foi, também, necessário exceder seu tempo de duração a fim de atingir a

estabilização da produção do biogás, que ocorreu por volta de 41 dias, conforme apresentado

no Gráfico 5.



Volume máximo de gás produzido foi de aproximadamente 1416,7 ml em um tempo de

41 dias. A produção de gás foi superior ao ensaio de profundidade de 5 metros deste mesmo

furo, o que era esperado, visto que o material de 15 metros apresentou um teor de M.O. maior

que o anterior, embora seja mais antigo.

c) profundidade 30 metros






pH do lodo 6,80 6,80 6,80



Os resultados de produção de gás para este ensaio estão apresentados no Gráfico 6, e

foi notado que não houve geração de gás durante todo o seu tempo.


Gráfico 6 – Volume de biogás acumulado para o Furo 131 – 30 metros.

Embora o resultado deste experimento não tenha sido positivo em relação a geração de

gás, ele é bastante condicente com os seus dados, visto que apresentou seu teor de M.O. muito

reduzido e a princípio ser um material antigo, ou seja, já ter sofrido in situ, o processo de

degradação do material orgânico.

Conclusão

Depois das medidas de vedação e troca da solução selante foi notado uma melhora na

confiabilidade dos dados obtidos.

O lodo ativado, adicionado à solução, agiu como catalizador para a geração de biogás.

O mesmo não acrescentou de maneira significativa no volume do biogás gerado pela matéria

orgânica provinda do lixo como foi observado nos gráficos.

Através das análises dos resultados podemos concluir que o experimento do furo 128C

mostrou resultados positivos, ou seja, esperados de acordo com o nosso embasamento teórico.

Neste furo foi observada uma maior produção de biogás no material mais novo, ou seja, de

menor profundidade, diminuindo sua produção conforme ocorre o aumento da profundidade.

Este resultado obtido do ensaio GB21 já era esperado, visto que uma matéria orgânica mais

antiga, já passou in situ por um processo de degradação, assim a matéria orgânica

rapidamente degradável, a princípio, já foi completamente degradada, restando os materiais

de lenta ou difícil degradação. Como consequência, um menor volume de gás deveria ser

produzido.

No furo 131, mesmo ocorrendo inconsistência dos dados, a geração de biogás foi

condizente com os teores de M.O. e S.V. apresentando também resultados esperados quando

levado em consideração tais parâmetros. Pois, era esperado um comportamento similar ao

obtido no furo 128C, ou seja, que o material de 5 metros apresentasse a maior geração de

biogás, o que não foi confirmado.

Embora na metodologia usada nos ensaios levasse em consideração o tempo de

degradação de 21 dias para estabilizar a produção de biogás, nos experimentos executados

nesta pesquisa, o tempo máximo transcorrido foi de 60 dias para atingir esta estabilização.

Então, concluímos que o primeiro furo, que possuía material mais novo, visto ter sido

coletado na parte do topo do aterro, onde as últimas deposições de resíduos foram feitos,


apresentaram teores de matéria orgânica mais elevados, produzindo uma quantidade de gás

superior à do segundo furo, que possuía um material mais antigo e com menores teores de

matéria orgânica.

Referências

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settlements and on biological waste-treatment facilities. LOCAL, 2001

[2] ABREU, T. C. C. Avaliação do transporte do herbicida paraquat em solos do campo experimental de Bom Jardim, RJ. Rio de Janeiro, 2008. 120p. Dissertação de Mestrado

(Mestrado em Engenharia Civil) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

[3] BERGMANN, C. R. Avaliação da produção de gás de amostras de RSU em laboratório. Rio de Janeiro, 2012. 15p. Relatório de Iniciação científica (Iniciação científica

em Engenharia Civil) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

[4] CARROLL, J. J.; MATHER, A. E. The System Carbon Dioxide-Water and the

Krichevsky-Kasarnovsky Equation. Journal of Solution Chemistry, vol. 21, pp. 607-621,

1992.

[5] DE FIGUEIREDO, N. J. V. Utilização de Biogás de aterro sanitário para geração de energia elétrica – Estudo de caso. São Paulo, 2011. 148p. Dissertação de Mestrado.

Programa de Pós-Graduação em Energia. Universidade de São Paulo.

[6] DE MELO, E. S. R. L. Análise de Biodegradabilidade dos materiais que compõem os resíduos sólidos urbanos através de ensaios BMP (Biochemichal Methane Potential). Recife, 2010. 122p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade

Federal de Pernambuco.

[7] PAULINO, M. C. Avaliação da eficiência global e dos reatores UASB da ETE Monjolinho – São Carlos. São Carlos, 2011. 85p. Trabalho de Graduação (Graduação em

Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos.

[8] TEIXEIRA, C. E. et al., Estudos sobre a oxidação aeróbia do metano na cobertura de três

aterros sanitários no Brasil. Engenharia Sanitária Ambiental, v. 14, n.1, p. 99-108, jan./mar.

2009.

[9] Z, C. R. Biogás. Panambi, 2000. 35p.

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Avaliação do potencial de geração de biogás de ... · variação da altura de uma solução colocada anteriormente. ... neutralização do pH desta solução para lavagem da