Engenharia Sanitaria e AmbientalPrintversionISSN1413-4152Eng. Sanit. Ambient.vol.11no.2Rio de JaneiroApr./June2006http://dx.doi.org/10.1590/S1413-41522006000200011ARTIGO TCNICOTratamento de lixiviado de aterro sanitrio por processo oxidativo avanado empregando reagente de FentonSanitary landfill leachate treatment by Fenton oxidationListe Celina LangeI; Juliana Felisberto AlvesII; Miriam Cristina Santos AmaralIII; Wilson Rodrigues de Melo JniorIVIQumica. Doutora em Tecnologia Ambiental. Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da Universidade Federal de Minas GeraisIIEngenheira Qumica. Mestre em saneamento, meio ambiente e recursos hdricos pela UFMG. Engenheira Qumica da NovonordiskIIIGraduanda de Engenharia Qumica, bolsista de IC pelo CNPq vinculada ao Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da Universidade Federal de Minas GeraisIVGraduando de Engenharia Civil, bolsista de IC pelo CNPq vinculada ao Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da Universidade Federal de Minas GeraisEndereo para correspondncia

RESUMOO objetivo deste trabalho foi o de analisar a viabilidade tcnica do tratamento de lixiviado de aterro sanitrio por processo oxidativo avanado (POA) empregado reagente de Fenton. Os ensaios foram executados no Aterro Sanitrio de Belo Horizonte, onde o processo foi realizado em batelada, com capacidade de produo de 1000L, usando um reator de mistura simples. Os resultados mostraram elevada eficincia na remoo de poluentes orgnicos, onde as remoes de DQO foram superiores a 46%, com mdia em torno de 61%, sendo a maior remoo alcanada de 75%, a qual demandou a menor quantidade de reagente e menor tempo de agitao e conseqentemente menor custo de operao. Estes resultados sugerem que no haver comprometimento ao transpor este tratamento para uma escala real, e que este processo poder ser realizado como tratamento preliminar.Palavras-chave:Lixiviado, processo oxidativo avanado, reagente de Fenton, aterro sanitrio.

ABSTRACTThe objective of this work is to investigate the feasibility of fenton oxidation during the treatment of sanitary landfill leachate. A set of experiments were prepared at the Sanitary Landfill of Belo Horizonte MG, where the process was conducted in a mixture reactor with 1000 L capacity. The results have shown a high effective removal of organic pollutants, where results for COD removal were above 46%, with an average of 61%, and the best removal rate around 75%. The use of Fenton oxidation has been proved to be a successful technique to be used as a preliminary treatment, clearly showing the possibility to be used in a real scale.Keywords:Lachate, advanced oxidative process, fenton reagent, sanitary landfill.

INTRODUOO crescimento da populao em reas urbanas e o aumento do consumo de produtos industrializados tm aumentado a gerao de resduos slidos, que na maioria das vezes so destinados a aterros sanitrios. Nos aterros sanitrios so gerados contaminantes, como o lixiviado que apresenta um problema ambiental devido ao seu alto potencial de contaminao. Para o licenciamento ambiental desses aterros necessrio um sistema de tratamento de efluentes que atinja os padres exigidos pela legislao. Para atender esta demanda das prefeituras, considerando os problemas no tratamento por processos biolgicos e fsico-qumicos convencionais, necessria a busca de alternativas de tratamento eficientes dentro de um padro de sustentabilidade tcnica e econmica.Os processos biolgicos so os mais empregados no tratamento de lixiviados devido s caractersticas deste serem semelhantes s dos esgotos domsticos. Todavia, geralmente ocorrem dificuldades ao utilizar tratamentos biolgicos para lixiviado por causa da vazo e carga orgnica muito variveis, necessidade de uma grande rea para implantao, baixa eficincia para lixiviado estabilizado ou pouco biodegradvel, e muitas vezes o efluente no se enquadra nos padres estabelecidos pela legislao (Silva et al, 2000).Os processos fsico-qumicos podem apresentar elevada eficincia de remoo da matria orgnica no tratamento do lixiviado. Contudo, os sistemas mais utilizados no Brasil - coagulao, filtrao e precipitao qumica - no tm apresentado boa remoo deste material.Neste contexto, o processo oxidativo avanado (POA) empregando reagente de Fenton, apresenta-se como uma alternativa de pr-tratamento e/ou ps-tratamento que pode ser associada aos processos de tratamento biolgico, j que este tipo de tratamento o mais empregado, no sentido de aumentar a biodegradabilidade do lixiviado, minimizando o tamanho das lagoas, ou aumentando a vazo de lixiviado tratado, pois apresentam elevadas eficincias na remoo de poluentes orgnicos, com custo relativamente baixo e facilidade operacional.Os POA's so processos que envolvem a gerao de radicais hidroxila (OH), altamente reativos, que tm a capacidade de destruio total de muitos poluentes orgnicos. O reagente de Fenton uma mistura de perxido de hidrognio e sais de ferro. O perxido de hidrognio um oxidante eficiente, seguro e de custo acessvel, utilizado h dcadas em aplicaes ambientais em todo o mundo (Neyens & Baeyens, 2003).O perxido de hidrognio (H2O2) empregado para gerao de radicais hidroxila, entretanto, necessria a adio de ativadores, como sais de ferro, oznio e/ou luz ultravioleta, para produzir a alta taxa de radicais requerida (Bull & Zeff, 1991). Podem tambm ser utilizadas, para gerao de OH, combinaes entre esses ativadores ou o emprego de semicondutores como o dixido de titnio (TiO2) e xido de zinco (ZnO) (Teixeira, 2002).Os radicais livres (OH) formados atacam o composto orgnico levando sua oxidao completa produzindo CO2e H2O, ou quando resulta em uma oxidao parcial geralmente ocorre um aumento da biodegradabilidade dos poluentes, e neste caso, os compostos orgnicos residuais podem ser removidos por meio de tratamento biolgico (Bull & Zeff, 1991).A utilizao de sais de ferro para decomposio cataltica do perxido de hidrognio apresenta-se como uma soluo de custo menos elevado em relao aos outros POA's, pois utiliza um catalisador de baixo custo, o sulfato ferroso, que resduo de indstrias de produo de ao. Outra vantagem do reagente de Fenton sua maior facilidade operacional em relao aos processos de ozonizao e utilizando radiao ultravioleta, que necessitam de gerador de O3e fonte de UV, respectivamente (Chamarro et al, 2001).Geralmente, o processo de oxidao empregando reagente de Fenton composto por quatro estgios (Bidga, 1995), que so: 1 - ajuste de pH: a faixa de pH ideal entre 3 e 4. Para valores de pH elevados ocorre a precipitao de Fe3+. 2 - reao de oxidao: processada em um reator no pressurizado e com agitao. feita a adio de sulfato ferroso e perxido de hidrognio. 3 - neutralizao e coagulao: deve ser feito um ajuste de pH na faixa de 6 a 9, para precipitar hidrxido de ferro, o que pode ser feito com a adio de cal. Uma vantagem dessa etapa a possibilidade de remoo de outros metais pesados por precipitao. 4 - precipitao: o hidrxido de ferro e alguns metais pesados precipitam e podem ser removidos da soluo.Aps o processo de oxidao, o lodo retirado e enviado para leito de secagem ou filtro prensa e o lixiviado tratado encaminhado para o descarte ou reuso.A eficincia da oxidao empregando reagente de Fenton depende das condies do meio de reao, sendo muito importante um estudo destas (Bidga, 1995). Dentre os fatores que podem afetar o processo oxidativo destacam-se a dosagem de reagentes, sendo importante a relao entre a dosagem de oxidante e catalisador, tipo de catalisador, o tempo de reao, o pH do meio e a temperatura (Bidga, 1995; Kang & Hwang, 2000; Alves, 2004).O pH de reao muito importante em virtude de vrios fatores como, por exemplo, a estabilidade dos reagentes empregados, tanto o perxido de hidrognio quanto os ons ferrosos so mais estveis em pH cido (Kuo, 1992). Em pH alcalino, o H2O2 instvel podendo ser decomposto em oxignio e gua (Kuo, 1992) e seu potencial de oxidao diminui. O potencial de oxidao dos radicais hidroxilas diminui com o aumento do pH, sendo que em meio cido o E0=2,8V e em meio bsico tem-se E14=1,95V (Kim et al, 1997). A faixa de pH tima para reao ocorre entre 3 e 6 (Alves, 2004).O reagente de Fenton pode ter diferentes funes de tratamento dependendo da relao H2O2/Fe2+. Quando a quantidade de Fe2+excede a de H2O2, o tratamento tende a apresentar um efeito de coagulao qumica. J com a H2O2/Fe2+contrria o tratamento tem efeito de oxidao qumica (Neyens & Bayens, 2003). A definio da faixa de dosagem de reagentes varia de acordo com o tipo de efluente. A faixa tpica de relao H2O2/Fe2+ de 5:1 a 25:1 em massa (Alves, 2004).As taxas de reao com reagente de Fenton aumentam com o aumento da temperatura. Entretanto, quando a temperatura aumenta acima de 40 50 C, a eficincia de utilizao do H2O2diminui, devido a sua acelerada decomposio em oxignio e gua. A maioria das aplicaes comerciais do reagente de Fenton ocorre a temperaturas entre 20 40 C (Alves, 2004).O tempo de reao depender de variveis como temperatura e dosagem de reagentes. O trmino da oxidao depende da relao entre perxido de hidrognio e substrato (composto orgnico), e a taxa de oxidao determinada pela concentrao inicial de ferro e pela temperatura (Bidga, 1995; Kang & Hwang, 2000).Os objetivos do presente trabalho so de analisar a viabilidade tcnica e apresentar um indicativo de custos do tratamento de lixiviado de aterro sanitrio por processo oxidativo avanado empregando reagente de Fenton.METODOLOGIAAmostragemAs amostras de lixiviado utilizadas nesse trabalho foram coletadas do aterro sanitrio de Belo Horizonte localizado na BR-040. Durante o perodo de amostragem (fevereiro a maro de 2005) o Aterro Sanitrio de Belo Horizonte recebia em torno de 4300 T/d de resduo, e gerava 40m3/dia de lixiviado. Parte do lixiviado era transportado para tratamento junto ao esgoto domstico na Estao de tratamento de Esgoto do Arrudas (ETE Arrudas).As amostras de lixiviado foram coletadas da clula ACO3, que corresponde uma clula em operao que entrou em atividade aproximadamente em 1997 e atualmente possui um vazo de lixiviado de 1,45 L/s.Caracterizao do lixiviadoDevido grande variabilidade de composio do lixiviado, as amostras selecionadas foram analisadas, previamente e durante o estudo, quanto aos seguintes parmetros (Tabela 1).

Aparato experimentalOs experimentos foram divididos em duas etapas: oxidao e precipitao/neutralizao, conforme esquema daFigura 1.Trabalhou-se com um reator com capacidade de 1000L, aberto e com sistema de agitao, equipado com dispositivos para coleta de amostras de lixiviado e lodo, como mostra aFigura 2.

A anlise de DBO5foi feita para algumas amostras previamente selecionadas em virtude de dificuldades com interferncias analticas, exeqibilidade operacional, entre outros. Para os clculos de eficincia de remoo foram consideradas as anlises de COT e DQO antes da oxidao para o lixiviado com pH ajustado nas condies iniciais de reao.Na etapa de oxidao, o pH da amostra foi ajustado com cido sulfrico e ento foram adicionado sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4.7H2O) e H2O2(30 % v/v) sob agitao. Decorrido o tempo da reao, foi coletado alquotas para posterior anlise. J na etapa de neutralizao, acrescentou-se cal, deixando o sistema em repouso para que a sedimentao ocorresse. Separou-se o lodo formado e coletou-se alquotas para anlise.A reao foi monitorada para verificar a remoo de carga orgnica devida ao processo oxidativo, segundo os parmetros mencionados naTabela 1, antes e aps tratamento para determinar a eficincia de remoo dos poluentes.Os fatores selecionados para investigao do processo oxidativo foram: dosagem de reagentes, tempo de reao e pH. Em todos os experimentos foi mantida a temperatura ambiente.Quanto ao levantamento (indicativo) de custos, foram avaliados: os custos dos reagentes comerciais, de uso industrial, de diferentes fornecedores utilizados no tratamento. Foi feito o estudo de acordo com os procedimentos de Engenharia Econmica (depreciao, custos envolvidos: equipamentos, obras, consumo de energia eltrica, reagentes, mo-de-obra), alm de uma anlise do mercado.RESULTADOSCaracterizao do lixiviadoNaTabela 2so apresentados os resultados dos dados de caracterizao de lixiviado (mdia de duas amostras).

Os valores de DQO, DBO5e COT so caractersticos de aterros estabilizados, possuindo tambm uma baixa relao DBO5/DQO, mostrando que o tratamento fsico-qumico adequado para esse tipo de lixiviado, segundo o mtodo recomendado por Forgie (1988). Salienta-se o comportamento varivel ao longo do tempo das caractersticas dos lixiviados de aterros. Esta variabilidade fortemente verificada para parmetros fsico-qumicos como DBO, DQO e slidos, e em menor grau para os metais pesados. A tabela acima no apresenta uma estatstica descritiva por ter-se trabalhado com um nmero reduzido de amostras.Estudo das condies de reao: otimizao da oxidaoRealizou-se oito ensaios para os lquidos coletados, para verificar o efeito na eficincia da reao em termos da reduo da carga orgnica ao variar todos os fatores em dois nveis (Planejamento fatorial fracionado em dois nveis). NaTabela 3so apresentados as combinaes das condies de reao.

J naTabela 4so apresentados os valores de DQO dos lixiviados brutos com os quais foram realizados os ensaios. No foram realizadas rplicas para o experimento.

Os resultados dos experimentos, baseados na remoo de DQO, so apresentados naFigura 3. Os valores de DQO apresentados j foram corrigidos quanto interferncias da presena de H2O2na anlise. As remoes de DQO foram superiores 46%, com mdia em torno de 61%, sendo a maior remoo alcanada de 75%, o qual demandou a menor quantidade de reagente e menor tempo de agitao e consequentemente menor custo de operao. Cabe lembrar que estas remoes de DQO devem ser mais elevadas, considerando as interferncias positivas nas anlises. AFigura 4apresenta a foto do lixiviado bruto e do lixiviado tratado dos oito ensaios respectivamente, na qual pode ser observado a remoo de cor.

Por meio daFigura 5, pode-se verificar que a melhor relao H2O2/Fe2+foi 10. Observa-se que a relao H2O2/Fe2+de 20 apresentou remoo de DQO menos eficiente, mas por usar menor dosagem de ferro leva a uma diminuio da gerao do lodo. Em pH = 5 a reao se apresentou mais eficiente, o que significa menor gasto de reagente. O tempo de 30 minutos apresentou melhor eficincia, alm de menor custo energtico.

Por meio daFigura 6, verifica-se que a reao pode ser monitorada pelo pH, o que vislumbra a possibilidade de realizar um monitoramentoon-linedo processo. Observa-se tambm que aps 15 minutos de reao o pH tende-se a estabilizar, mostrando que o tempo empregado foi suficiente para a reao completa.

Estudo da etapa de neutralizao e precipitao:Os resultados da remoo de DQO pr-neutralizao e ps-neutralizao podem ser comparados naFigura 7. A reduo da remoo de DQO, possivelmente, pode ser atribuda a solubilizao de substncias hmicas. Segundo Baird (2002), os cidos hmicos e flvicos so solveis em solues alcalinas. Contudo, os cidos hmicos so insolveis ou pouco solveis em meio cido, e os cidos flvicos so solveis em meio cido. Para pH mais baixo ocorre a formao de precipitados. Isto pode ser devido precipitao de substncias hmicas (Baird, 2002), carboidratos, aminocidos e compostos policclicos aromticos (Pacheco et al, 2003). J o aumento da reduo da DQO pr-tratamento e ps-tratamento (ensaio 2 e 5), pode ter ocorrido devido a erros experimentais, apesar de que no ensaio 5, esta variao pode ser desprezvel.

O comportamento do nitrognio total e amoniacal aps o tratamento foi avaliado para as diversas condies de tratamento, como mostram asFiguras 8e9, respectivamente.

A remoo de nitrognio amoniacal e total foi influenciada pelas condies de reao, sendo mais favorvel em dosagens maiores de H2O2e menores de Fe2+, o que tambm foi observado por Alves (2004), alcanando remoes de at 85% para as melhores condies e 10% para condies menos favorveis. Observa-se tambm que geralmente a remoo maior aps a neutralizao. Provavelmente isto ocorre devido a insolubilizao de compostos nitrogenados em pH elevado.Indicativos de custos para o processo empregadoFoi realizado um estudo para a estimativa do investimento necessrio e do custo de operao para a implantao e operao de uma unidade de estao de tratamento de lixiviado de aterro sanitrio como a apresentada naFigura 10, com capacidade produtiva de tratamento de 10.000 L/dia, utilizando sistema de batelada num reator de mistura simples com volume til equivalente a 1000L e um tanque de sedimentao de 1m3. Neste contexto, para a implantao da unidade necessrio um investimento de aproximadamente R$60.000,00. Esta estimativa no inclui o custo do terreno, nem o custo de preparao do terreno, e supe-se que j haja um reservatrio de lixiviado no aterro. importante lembrar que os valores so somente uma estimativa e que dependem da regio onde est sendo realizada a implantao, alm de que at mesmo a configurao da estao poder sofrer alterao no sentido de otimizar o processo. Para a operao, necessrio um investimento mensal de aproximadamente R$3.300,00 como custo fixo, e R$0,023/litro de lixiviado tratado. ATabela 5demonstra esta estimativa de investimento.Uma avaliao da viabilidade econmica-financeira no foi possvel de ser realizada, pois o mercado em questo muito fechado, no sendo possvel obter valores referentes a custos de outros tratamentos, para uma anlise comparativa.Contudo, mesmo no tendo uma avaliao da viabilidade econmica - financeira, acredita-se que o POA empregando reagente de Fenton como tratamento preliminar bastante promissor, pois o custo no to elevado em relao aos benefcios que sero agregados. Alm de que as prefeituras municipais que implantam aterros sanitrios tm recebido o ICMS ecolgico como incentivo para tal implantao, que revertido para o prprio municpio, podendo ter parte investida no prprio aterro.O investimento proporcionado pelo Governo atravs do ICMS ecolgico mais atrativo para pequenos municpios, j que o valor distribudo em funo do nmero de municpios beneficiados, obedecendo ao valor limite permitido para cada municpio, o qual inversamente proporcional ao nmero de habitantes. Sendo assim, para grandes cidades o valor limite permitido maior que o valor disponvel. Para os municpios acaba sendo mais lucrativo a implantao de compostagem, que confere ao municpio 20 UFIR/hab, passo que o aterro sanitrio confere apenas 3UFIR/hab. Mesmo o valor recebido pelo ICMS ecolgico no caso de aterro sanitrio ser menor, dados estatsticos mostram que o valor recebido no primeiro ano suficiente para arcar com o custo de investimento.CONCLUSESO POA empregando reagente de fenton tecnicamente vivel como tratamento preliminar apresentando elevada eficincia de remoo de carga orgnica e inorgnica associada vantagens de facilidade operacional com flexibilidade no controle de variveis de processo, simplicidade de equipamento e facilidade na mudana de escala de produo.Quanto ao indicativo de custos apresentado, percebe-se que o custo no elevado. A demanda por este tipo de tratamento pode ser grande, e o custo de implantao e operacional ser relativamente baixo, principalmente quando se trata de baixas vazes. Devido ao pouco investimento nessa rea, a comercializao no simples, sendo necessrio um trabalho mais aprofundado de avaliao econmica para apontar as vantagens do tratamento por POA empregando reagente de Fenton.AGRADECIMENTO SLU-BH (Secretaria de Limpeza Urbana de Belo Horizonte - MG) pelas amostras e local do experimento, ao Sebrae/Inova pela concesso do recurso financeiro para realizao do estudo e ao CNPq pela bolsa de mestrado.REFERNCIASALVES, J.F.Aplicao do Reagente de Fenton no tratamento de lquidos lixiviados de Aterros Sanitrios.Dissertao de mestrado. Programa de Ps Graduao em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hdricos. Universidade Federal de Minas Gerais, 2004.[Links]BAIRD, C.Qumica Ambiental.Traduo de Maria Angeles Lobo Recio e Luiz Carlos Marques Carrera. 2 edio. Porto Alegre: Editora Bookman, 622 p, 2002.[Links]BIDGA, R. J.Consider Fenton's Chemistry for Wastewater Treatment. Chemical Engineering Progress, v. 91, n. 12, p. 62-66, 1995.[Links]BULL R.A.; ZEFF, J. 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