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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Valter Caetano dos Santos
Projeto, Construção e Instrumentação de um Lisímetro em
Escala de Laboratório para Estudos em Resíduos Sólidos
Passo Fundo 2010
1
Valter Caetano dos Santos
Projeto, Construção e Instrumentação de um Lisímetro em
Escala de Laboratório para Estudos em Resíduos Sólidos
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao curso de Engenharia Ambiental, como parte
dos requisitos exigidos para obtenção do título
de Engenheiro Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Pedro Domingos Marques Prietto.
Passo Fundo
2010
2
TERMO DE APROVAÇÃO
VALTER CAETANO DOS SANTOS
PROJETO, INSTRUMENTAÇÃO E ENSAIO PILOTO DE UM LISÍM ETRO EM
ESCALA DE LABORATÓRIO PARA ESTUDOS EM RESÍDUOS SÓLI DOS
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado como requisito parcial para a obtenção do
título de Engenheiro Ambiental – Curso de Engenharia Ambiental da Faculdade de
Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo. Aprovado pela seguinte banca
examinadora:
3
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a DEUS por ter me
concedido vida e saúde.
Ao meu irmão, pelos conselhos proferidos e,
em especial à minha mãe, pela sua contagiante alegria
e garra de sempre.
Aos meus segundos pais, Claudio e Janda,
pelo carinho, compreensão e confiança.
A Camila, pela compreensão nos momentos
difíceis.
Ao orientador Prof. Pedro Prietto, agradeço
pela idéia inicial, confiança no meu trabalho e valiosa
contribuição para realização deste trabalho.
Ao amigo e colega Rafael Tímbola, pela
dedicação ao trabalho e inestimável parceria, ao
Eduardo Korf, sempre disposto a contribuir.
Enfim, a todos os meus amigos que, mesmo
distantes contribuíram com a motivação necessária
para a realização deste trabalho.
4
RESUMO
A questão dos resíduos sólidos no Brasil tem sido bastante discutida na sociedade,
envolvendo diversas áreas do conhecimento: saneamento básico, meio ambiente, inclusão
social e econômica dos processos de triagem e reciclagem de materiais. A busca de soluções
para a destinação final ambientalmente adequada para os resíduos sólidos tem se constituído
um grande desafio, pois falta um melhor entendimento sobre o funcionamento dos processos
bio-físico-químicos e também das rotas metabólicas de biodegradação da massa de resíduos,
bem como sua influência no comportamento dos aterros sanitários. Desta forma o uso de
células experimentais de pequenas dimensões (lisímetros), as quais representam uma técnica
bastante interessante do ponto de vista experimental, podem contribuir para uma melhor
compreensão de tais fenômenos. Neste contexto, o presente trabalho descreve o projeto,
construção e instrumentação de um lisímetro em escala de laboratório (com volume de
0,190m3), bem como a realização de um experimento piloto visando o monitoramento de
parâmetros geotécnicos e de degradação de uma amostra de resíduos sólidos orgânicos
composta por elementos de rápida degradação, simulando o comportamento de uma célula de
aterro sanitário. Durante o período de agosto a novembro de 2010, foram monitorados e
analisados a temperatura e o pH dos resíduos, as características físico-químicas do lixiviado
geradoquímica, bem como os recalques da massa de resíduos. Os resultados foram
comparados com modelos teóricos e empíricos encontrados na literatura. Além disso, outros
pontos a serem investigado em um trabalho de acompanhamento foram identificados e
discutidos.
Palavras-Chaves: Aterro Sanitário. Célula Experimental. Lisímetro. Resíduos Sólidos.
5
ABSTRACT
The issue of solid waste management has been worldwide discussed over the last
decade, involving several areas of society. Landfilling is one of the oldest methods for final
disposal of wastes. However, the search for new techniques and innovations, to make landfills
more adequate from the environmental point of view has become a great challenge to both
science and engineering. Moreover, there is a need for a more complete understanding about
the biologial-physical-chemical processes and the metabolic routes of biological degradation,
as well as its influence on the overall behavior of landfilled waste masses. In such context, the
use of experimental cells of small dimensions (lysimeters), which represent one interesting
technique from the experimental point of view, can contribute for a better understanding of
such phenomena. Thus, the present paper describe the design and instrumentation of a small
laboratory-scale lysimeter and a pilot experimental work aiming at the investigation of the
time-compressibility-degradation behavior of urban organic solid residues in a simulated
landfill cell. During the experiment, from August to September 2010, waste temperature and
pH, the leachate and gas generation and chemical composition, as well as the waste
settlements were monitored and analyzed. The results were compared to theoretical and
empirical models found in the literature. Also, additional points to be investigated in a follow-
up work were identified and discussed.
Word-Keys: Landfills. Experimental Cell. Lysimeter. Solid Wastes.
6
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Fluxograma dos diferentes tipos de resíduos agrupados em cinco classes ............... 19
Figura 2: Composição média dos entulhos no Brasil ............................................................... 21
Figura 3: Formas de disposição dos resíduos em alguns países do mundo .............................. 30
Figura 4: Evolução da destinação final dos resíduos no Brasil ................................................ 30
Figura 5: Formas de destinação final de resíduos seccionados por região do país. ................. 32
Figura 6: Composição gravimétrica dos resíduos sólidos no Brasil ......................................... 34
Figura 7: Classificação dos microrganismos em função da temperatura de crescimento. ....... 38
Figura 8: Rotas metabólicas de biodegradação dos resíduos. .................................................. 41
Figura 9: Fases de degradação e concentração de gases em aterros ......................................... 44
Figura 10: Classificação de lisímetros ...................................................................................... 46
Figura 11: Balanço hídrico em aterros de RSU, em escala experimental de laboratório ......... 47
Figura 12: Lisímetros preparados a partir de tubos de PVC .................................................... 48
Figura 13: Biorreator utilizado por John (2004) ....................................................................... 49
Figura 14: Fluxograma do projeto de construção e monitoramento do lisímetro .................... 50
Figura 15: (a) Tubos usinados; (b) Cap e luva ......................................................................... 53
Figura 16: Dimensões dos tubos e conexões que configuram o lisímetro (em cm) ................. 53
Figura 17: Dispositivo eletrônico de aquisição de variáveis .................................................... 54
Figura 18: Fluxograma do sistema de funcionamento do SAD ............................................... 55
Figura 19: Sensor de temperatura, modelo LM35 .................................................................... 56
Figura 20: Célula de carga tipo S ............................................................................................. 56
Figura 21: Strain-gage ampliado .............................................................................................. 57
Figura 22: Encoder Incremental. .............................................................................................. 58
Figura 23: Leiaute final do sistema de aquisição de dados ...................................................... 59
Figura 24: (a) Maravalha; (b) Rúcula ....................................................................................... 60
Figura 25: (a) Maça; (b) Casca de mandioca; (c) Couve-flor (folhas); (d) Tomate ................. 61
Figura 26: (a) Alface, (b) Couve-chinesa/ Radicchi, (c) Casca de arroz, (d) Repolho ............ 61
Figura 27: Mandioca................................................................................................................. 62
Figura 28: (a) e (b) Picagem dos resíduos ................................................................................ 62
Figura 29: Resíduos picados dispostos sobre uma lona ........................................................... 62
Figura 30: (a) Inserção dos resíduos no lisímetro; (b) Compactação das camadas .................. 63
7
Figura 31: (a) Acomodação dos sensores; (b) Vedação da seção inferior com a luva ............. 63
Figura 32: Composição gravimétrica da amostra utilizada ...................................................... 64
Figura 33: Localização dos sensores de temperatura ............................................................... 66
Figura 34: Localização das portas para coleta dos resíduos ..................................................... 68
Figura 35: Trado utilizado para coletar os resíduos ................................................................. 68
Figura 36: (a) e (b) Coleta dos resíduos; (c) Porta de coleta .................................................... 69
Figura 37: (a) Retirada do ar para armazenamento; (b) Recipiente de acondicionamento ...... 69
Figura 38: Reservatório de lixiviado ........................................................................................ 71
Figura 39: Coleta do lixiviado em âmbar estéril ...................................................................... 71
Figura 40: Testes de calibração dos sensores de temperatura LM35 ....................................... 73
Figura 41: (a) Objeto de massa conhecida; (b) Regulagem do potenciômetro ........................ 74
Figura 42: (a) e (b) Mecanismo de funcionamento do sistema de medição do recalque ......... 76
Figura 43: Protótipo do lisímetro em fase inicial de monitoramento ....................................... 77
Figura 44: Evolução do potencial hidrogeniônico das amostras de resíduos sólidos............... 78
Figura 45: Evolução do potencial hidrogeniônico dos resíduos e do lixiviado ........................ 79
Figura 46: Evolução do teor de umidade ao longo do tempo no lisímetro............................... 80
Figura 47: Variação da temperatura na massa de resíduos em função do tempo ..................... 82
Figura 48: Indicação da faixa de temperatura predominante no lisímetro ............................... 83
Figura 49: Evolução temporal dos recalques da massa de resíduos ......................................... 84
Figura 50: Evolução dos recalques médios semanais ............................................................... 85
Figura 51: Densidade dos microrganismos aeróbios mesófilos totais ...................................... 87
Figura 52: Densidade dos microrganismos anaeróbios mesófilos totais .................................. 88
Figura 53: Comparação da população microbiana aeróbia e anaeróbia ................................... 88
Figura 54: Variação da DQO ao longo do período monitorado ............................................... 89
Figura 55: Distribuição da condutividade elétrica no lixiviado ............................................... 91
Figura 56: Variação do nitrogênio amoniacal no lixiviado ao longo do tempo monitorado .... 92
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Potencial poluidor dos elementos químicos utilizados em pilhas e baterias ............ 23
Tabela 2: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde .................................................... 26
Tabela 3: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde. ................................................... 26
Tabela 4: Estimativa de Geração dos resíduos sólidos no Brasil ............................................. 27
Tabela 5: Formas de disposição final dos resíduos em países desenvolvidos e no Brasil. ...... 29
Tabela 6: Formas de destinação final por região do Brasil. ..................................................... 32
Tabela 7: Componentes mais comuns da composição gravimétrica ........................................ 33
Tabela 8: Composição gravimétrica em alguns países ............................................................. 34
Tabela 9: Massa específica de alguns aterros de RSU ............................................................. 36
Tabela 10: Massa específica do RSU, segundo alguns autores ................................................ 36
Tabela 11: Peças utilizadas para a montagem do lisímetro. ..................................................... 52
Tabela 12: Características geométricas e físicas da amostra .................................................... 60
Tabela 13: Resíduos utilizados para composição da amostra .................................................. 64
Tabela 14: Parâmetros microbiológicos analisados ................................................................. 69
Tabela 15: Parâmetros físico-químicos analisados................................................................... 70
Tabela 16: Parâmetros físico-químicos analisados em amostras de lixiviado ......................... 72
Tabela 17: Calibração dos sensores de temperatura ................................................................. 74
Tabela 18: Valores das massas verificadas pelo sistema .......................................................... 75
Tabela 19: Valores de DQO observados por alguns autores .................................................... 90
9
LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas.
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
GIRSU Gerenciamento Integrado de Resíduos Sólidos Urbanos
ºC Grau Celsius
CNEM Comissão Nacional de Energia Nuclear
pH Potencial Hidrogeniônico
mV Milivolts
mW Miliwatts
MOD Matéria Orgânica Dissolvida
COX Composto Orgânico Xenobiótico
DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO Demanda Química de Oxigênio
AOV`s Ácidos Orgânicos Voláteis
OD Oxigênio Dissolvido
PVC Policloreto de Vinila
DN Diâmetro Nominal
SAD Sistema de Aquisição de Dados
A/D Analógico - Digital
ISM Industrial, Scientific and Medical
mV Milivolts
mW Miliwatts
mS/cm MiliSiemen por centímetro
mg/L Miligrama por litro
UFC/g Unidade Formadora de Colônia por grama
PNSB Política Nacional de Saneamento Básico
10
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 13
1.1 Problema da Pesquisa ........................................................................................................ 13
1.2 Justificativa ........................................................................................................................ 14
1.3 Objetivos ........................................................................................................................... 15
1.3.1 Objetivo Geral .......................................................................................................... 15
1.3.2 Objetivos Específicos ............................................................................................... 15
CAPÍTULO 2. REVISÃO DA LITERATURA .................................................................... 16
2.1 Considerações gerais sobre resíduos sólidos ..................................................................... 16
2.1.1 Conceitos básicos ..................................................................................................... 16
2.1.2 Classificação dos resíduos sólidos ........................................................................... 17
2.1.2.1 Quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente ............ 17
2.1.2.2 Quanto à natureza ou origem ..................................................................... 18
2.2 Problema dos resíduos sólidos urbanos ............................................................................. 27
2.2.1 Tratamento e disposição final .................................................................................. 28
2.3 Propriedades dos resíduos sólidos urbanos ....................................................................... 33
2.3.1 Propriedades físicas ................................................................................................. 33
2.3.1.1 Composição gravimétrica .......................................................................... 33
2.3.1.2 Massa específica ........................................................................................ 35
2.3.1.3 Compactação .............................................................................................. 37
2.3.1.4 Recalques ................................................................................................... 37
2.3.1.5 Temperatura ............................................................................................... 38
2.3.2 Propriedades químicas dos RSU .............................................................................. 39
2.3.2.1 Composição química .................................................................................. 39
2.3.2.2 Concentração de sólidos ............................................................................ 39
2.3.2.3 Potencial hidrogeniônico (pH) ................................................................... 39
2.3.3 Propriedades microbiológicas .................................................................................. 40
2.3.3.1 Biodegradação dos RSU ............................................................................ 40
2.3.3.2 Crescimento microbiano ............................................................................ 44
2.4 Geração de lixiviado em aterros ........................................................................................ 45
2.4.1 Recirculação do lixiviado......................................................................................... 45
11
2.5 Considerações sobre lisímetros ou biorreatores ................................................................ 46
CAPÍTULO 3. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................... 50
3.1 Fluxograma da pesquisa .................................................................................................... 50
3.2 Projeto, construção e instrumentação do lisímetro de laboratório .................................... 51
3.2.1 Concepção e projeto do lisímetro ............................................................................ 51
3.2.2 Construção do lisímetro e materiais utilizados ........................................................ 51
3.2.3 Instrumentação do lisímetro e aquisição de dados ................................................... 54
3.2.3.1 Sensores de temperatura ............................................................................ 55
3.2.3.2 Célula de carga ........................................................................................... 56
3.2.3.3 Sensor de recalque ..................................................................................... 57
3.2.3.4 Leiaute da instrumentação e aquisição de dados ....................................... 58
3.3 Ensaio piloto ...................................................................................................................... 59
3.3.1 Preenchimento e compactação dos resíduos no lisímetro ........................................ 59
3.3.2 Composição dos resíduos ......................................................................................... 60
3.3.3 Monitoramento do Ensaio Piloto ............................................................................. 65
3.3.3.1 Medição de temperatura ............................................................................. 65
3.3.3.2 Balanço de massa ....................................................................................... 66
3.3.3.3 Medição dos recalques ............................................................................... 67
3.3.3.4 Monitoramento dos sólidos ........................................................................ 67
3.3.3.5 Monitoramento do lixiviado ...................................................................... 70
3.3.3.6 Monitoramento do biogás .......................................................................... 71
CAPÍTULO 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................ 73
4.1 Calibração da instrumentação............................................................................................ 73
4.1.1 Sensores de temperatura........................................................................................... 73
4.1.2 Célula de carga ......................................................................................................... 74
4.1.3 Sistema de medição de recalques ............................................................................. 75
4.2 Monitoramento do ensaio piloto ........................................................................................ 76
4.2.1 Parâmetros físico-químicos dos resíduos sólidos .................................................... 76
4.2.1.1 Potencial hidrogeniônico (pH) ................................................................... 76
4.2.1.2 Teor de umidade ........................................................................................ 80
4.2.1.3 Temperatura ............................................................................................... 81
4.2.2 Recalques. ................................................................................................................ 84
4.2.3 Comportamento microbiológico dos resíduos sólidos ............................................. 86
4.2.4 Lixiviado. ................................................................................................................. 89
12
4.2.4.1 Demanda química de oxigênio .................................................................. 89
4.2.4.2 Condutividade elétrica ............................................................................... 90
4.2.4.3 Nitrogênio amoniacal ................................................................................. 91
CAPÍTULO 5. CONCLUSÕES ............................................................................................ 93
5.1 Potencial hidrogeniônico, umidade e temperatura ............................................................ 93
5.2 Recalques dos resíduos sólidos ......................................................................................... 94
5.3 Microbiologia dos resíduos sólidos ................................................................................... 94
5.4 Caracterização do lixiviado ............................................................................................... 94
CAPÍTULO 6. SUGESTÕES PARA NOVAS PESQUISAS ............................................... 96
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 97
13
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
1.1 Problema da Pesquisa
A questão dos resíduos sólidos no Brasil tem sido bastante discutida na sociedade,
envolvendo diversas áreas do conhecimento: saneamento básico, meio ambiente, inclusão
social e econômica dos processos de triagem e reciclagem dos materiais. O aterramento
desses resíduos sólidos no solo constitui-se num dos métodos mais antigos de disposição
final. Verifica-se também que a destinação mais utilizada ainda é o depósito de resíduos
sólidos a céu aberto na maioria dos municípios com população inferior a 10.000 habitantes,
correspondendo a cerca de 48% dos municípios brasileiros. Segundo IBGE (2002), 63,6 %
dos municípios brasileiros depositam seus resíduos sólidos em “lixões”, causando problemas
sociais, à saúde humana e ambientais, devido à poluição do solo, água e ar.
A predominância dessas formas de destinação final inadequada pode ser explicada por
diversos fatores, tais como: falta de capacitação técnico-administrativa, baixa dotação
orçamentária, pouca conscientização da população quanto aos problemas ambientais ou
mesmo a falta de estrutura organizacional das instituições públicas envolvidas com a questão,
o que acaba refletindo na inexistência ou inadequação de planos de Gerenciamento Integrado
de Resíduos Sólidos Urbanos (GIRSU) (ZANTA e FERREIRA, 2003).
A busca de soluções para a destinação final ambientalmente adequada dos resíduos
sólidos tem se constituído em um grande desafio científico e de engenharia. Além disso, falta
compreensão sobre o funcionamento dos processos bio-físico-químicos e das rotas
metabólicas de biodegradação da massa de resíduos, bem como sua influência no
comportamento dos aterros sanitários (ZANTA e FERREIRA, 2003). Aspectos como controle
de compactação, produção de lixiviado e biogás, e adensamento da massa de resíduos também
precisam ser melhor conhecidos.
14
1.2 Justificativa
O conhecimento do comportamento dos resíduos sólidos urbanos (RSU) em um aterro
sanitário em relação à sua composição e seus processos de degradação é de suma importância
para a melhoria de práticas operacionais nos aterros e também para a tomada de decisão no
gerenciamento de possíveis impactos e contaminações.
No Brasil, a forma mais utilizada para destino final dos resíduos sólidos urbanos é a
disposição em aterros. De acordo com a Associação Brasileira de Empresas de Limpeza
Pública (ABRELP), em termos de custo versus benefício, os aterros sanitários são a melhor
forma de destinação (CERQUEIRA, 1999).
O desenvolvimento de pesquisas envolvendo aterros em escala real apresenta alguns
inconvenientes, como: custo elevado, grande número de variáveis envolvidas no processo e a
dinâmica de operação do aterro, o que dificulta a obtenção sistemática de dados sob condições
conhecidas ou controladas. Sendo assim, células experimentais de pequenas dimensões,
simulando aterros sanitários, podem contribuir para a análise do comportamento de resíduos
sólidos urbanos (SOUZA, 2010).
Os biorreatores, lisímetros ou células experimentais são equipamentos utilizados em
escala laboratorial ou menor que a de campo, os quais podem ser empregados para estudar o
comportamento da massa de resíduos quanto aos aspectos físicos, químicos e microbiológicos
(BARLAZ et al., 1989), contribuindo para a compreensão das rotas metabólicas da
degradação de produtos orgânicos (LEVINE et al., 2005). Adicionalmente, a simulação das
condições reais de um aterro sanitário, em escala laboratorial, além do menor custo quando
comparados com os experimentos de campo, permitem a otimização das condições para a
decomposição aeróbia e anaeróbia, proporcionando assim um maior conhecimento dos
processos microbiológicos. Na prática, estudos desta natureza podem resultar na aceleração da
estabilização da massa de resíduos e a conseqüente disposição adicional de RSU ou reuso
mais rápido da área do aterro (BARLAZ et al., 1989).
Neste contexto, o uso de células experimentais de pequenas dimensões (lisímetros), as
quais representam uma técnica bastante interessante do ponto de vista experimental, podem
contribuir de forma efetiva para uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos no
processo de aterramento de resíduos sólidos (ALCANTARA, 2007).
15
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo Geral
Contribuir para uma maior compreensão do comportamento de resíduos sólidos
urbanos em aterros sanitários, através de estudos científicos e experimentais que investiguem
os processos de biodegradação dos resíduos, quanto aos seus aspectos físicos, químicos e
microbiológicos.
1.3.2 Objetivos Específicos
a) Projetar um lisímetro em escala de laboratório;
b) Construir e instrumentar um protótipo do lisímetro em laboratório;
c) Calibrar, instalar e testar a instrumentação e o sistema digital de aquisição de dados
desenvolvidos especialmente para o presente estudo;
d) Definir a composição gravimétrica dos resíduos sólidos a serem utilizados em um
ensaio piloto;
e) Monitorar a evolução de alguns parâmetros bio-físico-químicos dos resíduos sólidos e
processos físico-químicos do lixiviado percolado durante o ensaio piloto;
f) Monitorar a evolução do crescimento dos microrganismos aeróbios e anaeróbios
mesófilos totais durante o ensaio piloto;
g) Monitorar os recalques na massa de resíduos durante o ensaio piloto, devido à ação de
sobrecarga e aos processos de degradação.
16
CAPÍTULO 2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Considerações gerais sobre resíduos sólidos
2.1.1 Conceitos básicos
Os resíduos sólidos são definidos como todo o material que resulta de um processo de
fabricação, transformação, utilização, consumo ou limpeza e que é descartado por ser
considerado sem utilidade (SÁEZ et al., 2001).
A Organização Mundial da Saúde define resíduo sólido como qualquer coisa que o
proprietário não quer mais, em certo local e em certo momento, e que não apresenta valor
comercial corrente ou percebido. A Comunidade Européia, por sua vez, estabelece que
resíduo é toda substancia ou objeto cujo detentor se desfaz ou tem a obrigação de se desfazer
em virtude de disposições legais em vigor (BIDONE e POVINELLI, 1999).
A definição francesa considera lixo como todo rejeito de processo de produção,
transformação ou utilização, toda substancia material, produto ou, mais geralmente, todo bem
móvel abandonado ou que seu detentor destina ao abandono (BIDONE e POVINELLI, 1999).
Tchobanoglous et al. (1993) definem resíduos sólidos urbanos (RSU) como aqueles
gerados pela comunidade, excetuando-se os resíduos industriais, os de mineração e os
agrícolas. Os RSU englobam os rejeitos de origem doméstica e os procedentes de: comércio,
limpeza de vias públicas, escritórios, serviços, mercados, feiras, festejos, materiais e
eletrodomésticos inutilizados. A NBR 10.004 (ABNT, 2004a) define resíduos sólidos como:
“(...) aqueles resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades da comunidade de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos de água, ou exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis em face de melhor tecnologia disponível” (ABNT, 2004a).
17
Há que se destacar, no entanto, a relatividade da característica inservível do lixo, pois
aquilo que já não apresenta nenhuma serventia para quem o descarta, para outro pode se
tornar matéria-prima para um novo produto ou processo. Nesse sentido, a idéia do
reaproveitamento do lixo é um convite à reflexão do próprio conceito clássico de resíduos
sólidos. É como se o lixo pudesse ser conceituado como tal somente quando da inexistência
de mais alguém para reivindicar uma nova utilização dos elementos então descartados
(MONTEIRO et al., 2001).
2.1.2 Classificação dos resíduos sólidos
Existem diversas maneiras de se classificar os resíduos sólidos. As mais comuns são
quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente e quanto à natureza ou
origem (IBAM, 2001).
2.1.2.1 Quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente
De acordo com a NBR 10.004 (ABNT, 2004a) os resíduos sólidos podem ser
classificados em: classe I (perigosos), classe IIa (não perigosos, não inertes) e classe IIb (não
perigosos, inertes).
a) Classe I (perigosos)
São aqueles que, em função de suas características intrínsecas de inflamabilidade,
corrosividade, reatividade, toxicidade ou patogenicidade, apresentam riscos à saúde pública
através do aumento da mortalidade ou da morbidade, ou ainda provocam efeitos adversos ao
meio ambiente quando manuseados ou dispostos de forma inadequada (ABNT, 2004a).
18
b) Classe IIa (não perigosos, não inertes)
São os resíduos que podem apresentar características de combustibilidade,
biodegradabilidade ou solubilidade, com possibilidade de acarretar riscos à saúde ou ao meio
ambiente, não se enquadrando nas classificações de resíduos classe I e classe IIb (ABNT,
2004).
c) Classe IIb (não perigosos, inertes)
São aqueles que, por suas características intrínsecas, não oferecem riscos à saúde e ao
meio ambiente, e que, quando amostrados de forma representativa, segundo a norma NBR
10.007 (ABNT, 2004c), e submetidos a um contato estático ou dinâmico com água destilada
ou deionizada, a temperatura ambiente, conforme teste de solubilização segundo a norma
NBR 10.006 (ABNT, 2004b), não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a
concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água, conforme (Anexo H da NBR
10.004), excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez e sabor (MONTEIRO et al.,
2001).
2.1.2.2 Quanto à natureza ou origem
A origem é um importante elemento para a caracterização dos resíduos sólidos
(IBAM, 2001). Segundo este critério, os diferentes tipos de resíduos podem ser agrupados em
cinco classes, conforme apresentado na Figura 1.
19
Fonte: Adaptado de IBAM (2001).
Figura 1: Fluxograma dos diferentes tipos de resíduos agrupados em cinco classes
a) Resíduo doméstico ou residencial
São os resíduos gerados nas atividades corriqueiras diárias das casas, apartamentos,
condomínios e demais edificações residenciais. Estes resíduos normalmente apresentam
composição gravimétrica bastante variável; no entanto, caracterizam-se por conter uma
proporção superior de matéria orgânica, quando comparada aos outros elementos. Estudos
mostram que o percentual de resíduos orgânicos gerados em países em desenvolvimento
como o Brasil é alto, e os fatores desse alto percentual de geração vão desde o
desconhecimento do valor nutricional de alguns alimentos até a aquisição ou não de produtos
industrializados, dependendo da cultura regional e do nível de renda da população (ReCESA,
2007).
b) Resíduo comercial
São os resíduos gerados em estabelecimentos comerciais, cujas características
dependem das atividades desenvolvidas nestes locais. O grupo dos resíduos comerciais, assim
como os entulhos de obras, pode ser dividido em dois subgrupos chamados de pequenos
geradores e grandes geradores. O regulamento de limpeza urbana do município poderá definir
precisamente estes subgrupos. Segundo Monteiro et al. (2001), pode-se considar pequeno
gerador de resíduos comerciais o estabelecimento que gera até 120 litros de resíduo por dia, e
20
grande gerador de resíduos comerciais o estabelecimento que gera um volume de resíduos
superior a esse limite. De forma geral, o limite estabelecido na definição de pequenos e
grandes geradores deve corresponder à quantidade média de resíduos sólidos gerados
diariamente em uma residência particular com cinco moradores (MONTEIRO et al., 2001).
c) Resíduo público
São os resíduos presentes nas vias públicas, em geral resultantes da natureza, tais
como folhas, restos de podas, como galhadas, poeira, terra, areia e também, aqueles
descartados de forma inadequada e irregular pela população, como entulho, bens considerados
inúteis, papéis, restos de embalagens e alimentos, etc.
O resíduo público está diretamente associado ao aspecto estético de uma cidade.
Portanto, merece especial atenção o planejamento das atividades de limpeza de logradouros,
principalmente em cidades turísticas (IBAM, 2001).
d) Resíduo domiciliar especial
Grupo que compreende os entulhos de obras, pilhas e baterias, lâmpadas fluorescentes
e pneus. Observa-se que os entulhos de obras, também conhecidos como resíduos da
construção civil estão enquadrados nesta categoria por causa da grande quantidade de sua
geração e pela importância que seu tratamento e reutilização vêm assumindo no cenário
nacional (IBAM, 2001).
• Entulho de obras
A indústria da construção civil é a que mais explora recursos naturais. Além disso, a
construção civil também é a indústria que mais gera resíduo. No Brasil, a tecnologia
construtiva usualmente aplicada favorece o desperdício na execução das novas edificações.
Em termos quantitativos, esse material corresponde a algo em torno de 50% da quantidade,
em massa, dos resíduos sólidos urbanos coletados em cidades com mais de 500 mil habitantes
de diferentes países, inclusive o Brasil (MONTEIRO et al., 2001). Em termos de composição,
os resíduos da construção civil são uma mistura de materiais inertes, tais como concreto,
21
argamassa, madeira, plásticos, papelão, vidros, metais, cerâmica e terra (IBAM, 2001). A
Figura 2 apresenta a composição média do entulho de obra no Brasil. Analogamente ao
resíduo comercial, pode-se definir o pequeno gerador de entulho de obra, pessoa física ou
jurídica que gera até 1.000 kg ou 50 sacos de 30 litros por dia, e o grande gerador que é
aquele que gera um volume diário de resíduos acima disso.
Fonte: Adaptado de Adaptado de USP (apud MONTEIRO et al., 2001).
Figura 2: Composição média dos entulhos no Brasil
• Pilhas e baterias
As pilhas e baterias têm como princípio básico converter energia química em energia
elétrica utilizando um metal como combustível. Podem conter um ou mais dos seguintes
metais: chumbo (Pb), cádmio (Cd), mercúrio (Hg), níquel (Ni), prata (Ag), lítio (Li), zinco
(Zn), manganês (Mn) e seus compostos. Esses metais possuem características de
corrosividade, reatividade e toxicidade e são classificadas pela NBR 10.004 (ABNT, 2004)
como Resíduos Perigosos - Classe I.
As substâncias contendo mercúrio, prata e níquel causam impactos negativos sobre o
meio ambiente. O metal chumbo é o segundo metal mais tóxico ao homem, tendo efeito
cumulativo e podendo levar a intoxicação crônica. Além disso, segundo Pessin et al. (1997
apud PESSIN et al., 2003), é o metal tóxico que pode estar presente em maior concentração
no lixiviado da decomposição de resíduos sólidos urbanos. Já o metal cádmio é um elemento
22
de elevado potencial tóxico, sendo considerado um elemento carcinogênico (NASCENTES,
2003).
Outras substâncias presentes nas pilhas e baterias, como o Zn, o Mn e o Li, embora
não estejam limitadas pela NBR 10.004 da ABNT, também causam problemas, conforme se
observa na Tabela 1.
• Lâmpadas fluorescentes
O pó que se torna luminoso encontrado no interior das lâmpadas fluorescentes contém
mercúrio. Isso não está restrito apenas às lâmpadas fluorescentes comuns de forma tubular,
mas encontra-se também nas lâmpadas fluorescentes compactas (IBAM, 2001).
As lâmpadas fluorescentes liberam mercúrio quando são quebradas, queimadas ou
enterradas em aterros sanitários, o que as transforma em resíduo perigoso Classe I, uma vez
que o mercúrio é tóxico para o sistema nervoso humano e, quando inalado ou ingerido, pode
causar uma enorme variedade de problemas fisiológicos (IBAM, 2001).
Uma vez lançado ao meio ambiente, o mercúrio sofre uma "bioacumulação", isto é, ele
tem suas concentrações aumentadas nos tecidos dos peixes, tornando-os perigosos se
ingeridos com freqüência (MONTEIRO et al., 2001).
23
Tabela 1: Potencial poluidor dos elementos químicos utilizados em pilhas e baterias
Elemento Alguns efeitos sobre o homem
Pb (chumbo) Dores abdominais, disfunção renal, anemia, problemas pulmonares, neurite periférica, encefalopatia.
Hg (mercúrio)
Gengivite, salivação, diarréia, dores abdominais, vômitos, congestão, dermatite, estomatite, insônia, dores de cabeça, lesões cerebrais e neurológicas provocando desordens psicológicas afetando o cérebro.
Cd (cádmio) Manifestações digestivas, disfunção renal, problemas pulmonares, pneumonite, câncer.
Ni (níquel) Câncer, dermatite, intoxicação em geral.
Ag (prata) Distúrbios digestivos e impregnação da boca pelo metal, morte.
Li (lítio) Inalação (lesão mesmo com pronto atendimento), Ingestão (mínima lesão residual).
Mn (manganês) Disfunção do sistema neurológico, afeta o cérebro, gagueira e insônia.
Zn (zinco) Problemas pulmonares, lesão residual (a menos que seja dado atendimento imediato), em contato com os olhos (lesão grave).
Fonte: Adaptado de Monteiro et al. (2001).
• Pneus inservíveis
São muitos os problemas ambientais gerados pela destinação inadequada dos pneus.
Se deixados em ambiente aberto, sujeito a chuvas, os pneus acumulam água, servindo como
local para a proliferação de mosquitos e outros animais nocivos ao homem.
Se encaminhados para aterros de resíduos convencionais, provocam grandes vazios no
interior, causando a instabilidade do aterro. Se destinados em unidades de incineração, a
queima da borracha gera enormes quantidades de material particulado e gases tóxicos,
necessitando de um sistema de tratamento dos gases extremamente eficiente e
conseqüentemente de alto custo. Por todas estas razões, o descarte de pneus é um problema
ambiental grave, apesar de existirem formas adequadas de destinação deste material, porém
ainda sem viabilidade econômica (IBAM, 2001).
24
e) Resíduos de fontes especiais
São resíduos que, em função de suas características peculiares, passam a merecer
cuidados especiais em seu manuseio, acondicionamento, estocagem, transporte ou disposição
final. Dentro da classe de resíduos de fontes especiais, merecem destaque os resíduos dos
serviços de saúde, industriais, radioativos e agrícolas (IBAM, 2001).
• Resíduos industriais
São os resíduos gerados pelas atividades industriais. São muito variados e apresentam
características diversificadas, pois estas dependem do tipo de produto manufaturado (FREIRE
et al., 2000). Devem, portanto, ser estudados caso a caso. Adota-se a NBR 10.004 da ABNT
para se classificar os resíduos industriais: classe I (perigosos), classe IIa (não perigosos, não
inertes) e classe IIb (não perigosos, inertes).
• Resíduos radioativos
São considerados os resíduos que emitem radiações acima dos limites permitidos pelas
normas ambientais (CNEN, 2010). No Brasil, o manuseio, acondicionamento e disposição
final do lixo radioativo estão a cargo da Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN.
• Resíduos de portos, aeroportos e terminais rodoferroviários
São resíduos gerados tanto nos terminais como dentro dos navios, aviões e veículos de
transporte. Os resíduos dos portos e aeroportos são decorrentes do consumo de passageiros
em veículos e aeronaves e sua periculosidade está no risco de transmissão de doenças já
erradicadas no país. A transmissão também pode se dar através de cargas eventualmente
contaminadas, tais como animais, carnes, plantas e outros (ANVISA, 2010).
25
• Resíduos agrícolas
São resíduos formados basicamente pelos restos de embalagens impregnadas com
pesticidas e fertilizantes químicos, utilizados na agricultura, que são perigosos. O manuseio
destes resíduos segue as mesmas rotinas e se utilizados mesmos recipientes e processos
empregados para os resíduos industriais classe I. Segundo Monteiro et al. (2001), a falta de
fiscalização e de penalidades mais rigorosas para o manuseio inadequado destes resíduos faz
com que sejam misturados aos resíduos comuns e dispostos nos vazadouros das
municipalidades, ou o que é pior, sejam queimados nas fazendas e sítios mais afastados,
gerando gases tóxicos.
• Resíduos dos serviços de saúde
Compreendem todos os resíduos gerados nas instituições destinadas à preservação da
saúde da população (FEAM, 2008). Segundo a NBR 12.808 (ABNT, 1993), os resíduos de
serviços de saúde seguem a classificação apresentada nas Tabelas 2 e 3.
26
Tabela 2: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde
Tipo Nome Características
Classe A – resíduos infectantes
A.1 Biológicos
Cultura, inóculo, mistura de microorganismos e meio de cultura inoculado provenientes de laboratório clínico ou de pesquisa, vacina vencida ou inutilizada, filtro de gases aspirados de áreas contaminadas por agentes infectantes e qualquer resíduo contaminado por estes materiais.
A.2 Sangue e
Hemoderivados
Sangue e hemoderivados com prazo de validade vencido ou sorologia positiva, bolsa de sangue para análise, soro, plasma e outros subprodutos.
A.3 Cirúrgicos,
anatomopatológico e exsudato
Tecido, órgão, feto, peça anatômica, sangue e outros líquidos orgânicos resultantes de cirurgia, necropsia e resíduos contaminados por estes materiais.
A.4 Perfumes e corantes Agulha, ampola, pipeta, lâmina de bisturi e vidro.
A.5 Animais
Contaminados
Carcaça ou parte de animal inoculado, exposto a microorganismos patogênicos, ou portador de doença infecto-contagiosa, bem como resíduos que tenham estado em contato com estes.
A.6 Assistência e pacientes Secreções e demais líquidos orgânicos procedentes de pacientes, bem como os resíduos contaminados por estes materiais, inclusive restos de refeições.
Fonte: Adaptado de DIAS (2001).
Tabela 3: Classificação dos resíduos dos serviços de saúde.
Tipo Nome Características
Classe B - resíduos especiais
B 1 Rejeitos Radioativos Material radioativo ou contaminado com radionuclídeos, proveniente de laboratório de análises clínicas, serviços de medicina nuclear e radioterapia.
B 2 Resíduos farmacêuticos Medicamento vencido, contaminado, interditado ou não utilizado.
B 3 Resíduos químicos Perigosos
Resíduo tóxico, corrosivo, inflamável, explosivo, reativo, genotóxico ou mutagênico.
Classe C - resíduos comuns
C Resíduos comuns São aqueles que não se enquadram nos tipos A e B e que, por sua semelhança aos resíduos domésticos, não oferecem risco adicional à saúde pública.
Fonte: Adaptado de DIAS (2001).
27
2.2 Problema dos resíduos sólidos urbanos
Segundo a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico – PNSB, realizada pelo IBGE em
2000, o Brasil produz 228.413 toneladas de resíduos sólidos urbanos por dia. A geração per
capita média é de 1,35 kg/(hab.dia). A Tabela 4 apresenta a estimativa de geração de resíduos
sólidos urbanos no Brasil segundo a PNSB (IBGE, 2002).
O problema dos resíduos sólidos urbanos no Brasil tem sido amplamente discutido na
sociedade, por ser uma questão de interesse político, econômico e social. Por muito tempo
essa problemática foi negligenciada, porém, ao longo dos últimos anos, diversos estudos têm
sido realizados com propósito de avaliar os impactos que as atividades humanas exercem
sobre o ambiente (JUCÁ, 2003).
O acentuado crescimento populacional está associado ao crescimento do poder
aquisitivo, ao aumento da concentração urbana, à mudança de hábitos de consumo da
população e ao desenvolvimento tecnológico e industrial, os quais são alguns dos motivos que
justificam o aumento da produção de resíduos sólidos urbanos e as suas variações qualitativas
(PICANÇO, 2004).
Tabela 4: Estimativa de Geração dos resíduos sólidos no Brasil
Região do
País
População Total Geração de resíduos Geração Per
Capita
(kg/hab.dia) Valor % (t/dia) %
Norte 12.900.704 7,6 11.067 4,8 0,86
Nordeste 47.741.711 28,1 41.558 18,2 0,87
Sudeste 72.412.411 42,6 141.617 62,0 1,96
Sul 25.107.616 14,8 19.875 8,7 0,79
Centro-Oeste 11.636.728 6,9 14.297 6,3 1,23
Brasil 169.799.170 100 228.413 100 1,35
Fonte: Adaptado de IBGE (2002).
28
Essa perspectiva remete à problemática ambiental em relação à disposição inadequada
dos RSU e, por conseguinte, a proliferação dos lixões (forma sem qualquer controle ambiental
da disposição dos resíduos), os quais ocasionam problemas graves tais como contaminação de
solos e de mananciais hídricos (PRIETTO et al., 2010).
Nesse processo de disposição, segundo Oliveira e Jucá (2004), um dos grandes
problemas provém da decomposição do material orgânico, formando um lixiviado que
apresenta características físico-químicas e microbiológicas com concentrações variadas de
compostos orgânicos e inorgânicos tóxicos. Estes contaminantes são decorrentes das reações
físicas e químicas a que os resíduos depositados estão sujeitos e da ação de microorganismos
na decomposição da matéria orgânica presente em grande quantidade nos resíduos sólidos
urbanos (COSTA, 2002).
2.2.1 Tratamento e disposição final
As principais formas de tratamento empregadas aos resíduos são: reciclagem,
incineração, compostagem e aterro sanitário. Este último, além de ser um tratamento, é
também uma forma de disposição final adequada aos resíduos. Outras formas de disposição
final são: aterros controlados e lixões. Os lixões devem ser permanentemente evitados, pois
sua presença gera impactos negativos como: poluição do solo, água e ar; disseminação de
doenças por meio de vetores (ratos, moscas, baratas, entre outros), depreciação da paisagem,
entre outros malefícios (PROSAB, 2003).
A Tabela 5 e a Figura 3 apresentam uma listagem das principais formas de disposição
final dos resíduos sólidos gerados no Brasil e em alguns países desenvolvidos. Os dados
revelam que o Brasil dispõe mais de 90% de seus resíduos em aterros. Desta forma, pode-se
perceber que dentre as diversas técnicas utilizadas para disposição de RSU, o aterro sanitário
figura como uma das mais comuns, sendo largamente utilizada, especialmente nos países em
desenvolvimento como o Brasil, devido à facilidade de operação e baixo custo de operação
quando comparado a outras formas de tratamento que empregam tecnologias avançadas,
como a incineração, que vem sendo bastante utilizada em países desenvolvidos.
29
Tabela 5: Formas de disposição final dos resíduos em países desenvolvidos e no Brasil.
Fonte: Adaptado de Ferreira (2000).
A destinação e o tratamento final dos resíduos ainda são, em grande parte, realizados
em locais inadequados como lixões. Do período de 1991 até 2000, observou-se uma redução
da disposição em lixões e o aumento de aterros controlados e sanitários, bem como da
aplicação de outros tipos de tratamento. A Figura 4 apresenta o panorama da destinação final
dos resíduos domiciliares no Brasil, de 1991 até 2000, de acordo com dados da Pesquisa
Nacional de Saneamento Básico realizada em 2000 (JUCÁ, 2002).
País Incineração Depósito em
Aterros Compostagem Reciclagem
Alemanha 34% 46% 2% 16%
Áustria 11% 65% 18% 6%
Dinamarca 48% 29% 4 19%
Estados Unidos 16% 67% 2% 15%
França 42% 45% 10% 9%
Holanda 35% 45% 5% 15%
Itália 16% 74% 7% 3%
Suécia 47% 34% 3% 16%
Suíça 59% 12% 7% 22%
Brasil 2% 94% 2% 2%
30
Fonte: Adaptado de Ferreira (2000).
Figura 3: Formas de disposição dos resíduos em alguns países do mundo
Fonte: Adaptado de JUCÁ (2002).
Figura 4: Evolução da destinação final dos resíduos no Brasil
Dentre todas as formas de disposição final de resíduos sólidos urbanos, a que melhor
satisfaz as questões ambientais e social é o aterro sanitário. Esta é uma obra de engenharia
muito complexa sobre vários aspectos, o que garante credibilidade na realização deste tipo de
empreendimento. Segundo a norma NBR 8419 (ABNT, 1984), aterro sanitário é:
31
“(...) uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo sem causar danos à saúde pública e à sua segurança, minimizando os impactos ambientais. Este método utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos à menor área possível e reluzi-los ao menor volume permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho, ou a intervalo menor, se for necessário" (ABNT 1984).
Mesmo nas cidades maiores e grandes regiões metropolitanas, a quantidade de aterros
sanitários ainda é relativamente pequena. Desta forma, a maioria dos dados que se dispõe
sobre o comportamento de RSU “aterrados” são provenientes de lixões, ou aterros
controlados, geralmente construídos sobre antigos lixões a exemplo dos aterros de Muribeca e
Gramacho localizados, respectivamente, nas Regiões Metropolitanas do Recife - PE e Rio de
Janeiro - RJ (ALCANTARA, 2007).
Os aterros são considerados uma ameaça aos seres humanos e aos ambientes quando
mal gerenciados, devido à geração de lixiviado e de gases provenientes da elevada quantidade
de material biodegradável. O lixiviado pode causar a contaminação e poluição hídrica e os
gases emitidos podem causar problemas adversos à saúde, odores, perigo de explosão e ainda
contribuem para o aumento do efeito estufa (KELLY, 2002). Segundo Ilyin et al. (2004), o
gerenciamento de resíduos sólidos urbanos e a aplicação de novas tecnologias proporcionam
benefícios para a segurança da humanidade e do meio ambiente, e por isso o estudo e
aplicação da capacidade de biodegradação de microrganismos são de grande valor científico.
Dados relativos às formas de disposição final de resíduos sólidos distribuídos de
acordo com a população dos municípios, obtidos a partir da Pesquisa Nacional de Saneamento
Básico (IBGE, 2002), indicam que 63,6% dos municípios brasileiros depositam seus resíduos
sólidos em vazadouros a céu aberto, vulgarmente conhecidos como “lixões”, somente 13,8%
informam que utilizam aterros sanitários e 18,4% dispõem seus resíduos em aterros
controlados, totalizando 32,2 %. Verifica-se também que a destinação mais utilizada ainda é o
depósito de resíduos sólidos a céu aberto na maioria dos municípios com população inferior a
10.000 habitantes, correspondendo a cerca de 48% dos municípios brasileiros. Nesses
municípios, 63,6% dos resíduos sólidos coletados são depositados em lixões, enquanto 16,3%
são encaminhados para aterros controlados.
A Tabela 6 e a Figura 5 apresentam, em percentual, o tipo de destinação final de
resíduos sólidos domiciliares por região do Brasil. Nesse contexto, observa-se que na média
32
brasileira prevalece a destinação em aterros controlados. No entanto, em regiões como Norte e
Nordeste ainda prevalecem à disposição a céu aberto em lixões (JUCÁ, 2002).
Tabela 6: Formas de destinação final por região do Brasil.
Fonte: Adaptado de Jucá (2002).
Fonte: Adaptado de Jucá (2002).
Figura 5: Formas de destinação final de resíduos seccionados por região do país.
Forma de Disposição Brasil (%)
Norte (%)
Nordeste (%)
Sudeste (%)
Sul (%)
Centro oeste (%)
Vazadouro à céu aberto 21,3 57,2 48,3 9,8 25,9 22
Aterro Controlado 37 28,3 14,6 46,5 24,3 32,8
Aterro sanitário 36,2 13,3 36,2 37,1 40,5 38,8
Compostagem 2,9 0 0,2 3,8 1,7 4,8
Triagem 1 0 0,2 0,9 4,2 0,5
Incineração 0,5 0,1 0,1 0,7 0,2 0,2
Locais não fixos 0,5 0,9 0,3 0,6 0,6 0,7
Locais não fixos 0,7 0,2 0,1 0,7 2,6 0,2
Outra 0,7 0,2 0,1 0,7 2,6 0,2
33
2.3 Propriedades dos resíduos sólidos urbanos
2.3.1 Propriedades físicas
2.3.1.1 Composição gravimétrica
As características dos resíduos sólidos são muito variáveis e dependem de muitod
fatores, como a situação econômica e aspectos culturais da população (SHARHOLY et al.,
2007), as estações do ano, o clima, a geografia da região, os hábitos da população e, até, a
legislação ambiental vigente. A grande heterogeneidade desses resíduos e sua variabilidade no
tempo e no espaço tornam difícil estabelecer, com precisão, a sua composição em uma
determinada região, e, conforme Tchobanoglous et al. (1993), dados antigos devem ser
analisados com cautela.
A composição gravimétrica traduz o percentual de cada componente em relação ao
peso total da amostra de resíduo analisada. Os componentes mais utilizados na determinação
da composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos encontram-se na Tabela 7.
Entretanto, muitos técnicos tendem a simplificar, considerando apenas alguns componentes,
tais como papel/papelão, plásticos, vidros, metais, matéria orgânica e outros. Esse tipo de
composição simplificada, embora possa ser usado no dimensionamento de uma usina de
compostagem e de outras unidades de um sistema de limpeza urbana, não se presta, por
exemplo, a um estudo preciso de reciclagem ou de coleta (IBAM, 2001).
Tabela 7: Componentes mais comuns da composição gravimétrica
Matéria orgânica Metal ferroso Borracha
Papel Metal não - ferroso Couro
Papelão Alumínio Pano/ trapos
Plástico rígido Vidro claro Ossos
Plástico maleável Vidro escuro Cerâmica
PET Madeira Agregado fino
Fonte: Adaptado de IBAM (2001).
34
A Tabela 8 apresenta a variação das composições gravimétricas dos resíduos sólidos
urbanos no Brasil e em alguns países, deduzindo-se que a participação da matéria orgânica
tende a se reduzir nos países mais desenvolvidos ou industrializados, provavelmente em razão
da grande incidência de alimentos semi-preparados disponíveis no mercado consumidor. A
Figura 6 mostra dados do Instituto Brasileiro de Administração Municipal relativos à
composição gravimétrica média das principais frações constituintes dos resíduos sólidos
urbanos no Brasil (IBAM, 2001).
Tabela 8: Composição gravimétrica em alguns países
Composto Brasil (%)
Alemanha (%)
Holanda (%)
EUA (%)
Matéria Orgânica 65 61,2 50,3 35,6
Vidro 3 10,4 14,5 8,2
Metal 4 3,8 6,7 8,7
Plástico 3 5,8 6 6,5
Papel/ Papelão 25 18,8 22,5 41
Fonte: Adaptado de Monteiro et al. (2001).
Fonte: Adaptado do IBAM (2001).
Figura 6: Composição gravimétrica dos resíduos sólidos no Brasil
35
2.3.1.2 Massa específica
Assim como o solo, os resíduos acondicionados em aterros se apresentam em três
fases físicas (sólida, líquida e gasosa) (ALCÂNTARA, 2007). Desta forma, podem também
ser definidas três massas específicas: massa específica aparente (ρ), massa específica aparente
seca (ρd) e massa específica da fase sólida (ρs). Os resultados são calculados normalmente em
kg/m3 ou em t/m3.
ρ = Mt/Vt
ρd = Ms/Vt
ρs = Ms/Vs
onde:
Mt = massa total dos resíduos sólidos;
Ms = massa da parte sólida seca;
Vt = volume total;
Vs = volume de sólidos, descontando os vazios permeáveis.
A massa específica varia conforme cada aterro, sendo difícil a padronização de
valores, devido à variabilidade na natureza e composição dos resíduos, métodos de
compactação, estado de saturação, grau de compactação, existência ou não de cobertura diária
com solo residual ou de empréstimo, condições meteorológicas, umidade e estádio de
decomposição dos resíduos aterrados (CALLE, 2007; ALCÂNTARA, 2007).
A Tabela 9 mostra valores citados por Marques (2001 apud CALLE, 2007). Ainda,
apesar de não se ter maiores informações a respeito da idade destes resíduos, pode-se observar
que resíduos mais novos apresentam menor valor de massa específica, sendo que à medida
que os resíduos vão ficando mais velhos, suas respectivas massas específicas aumentam,
devido à redução do tamanho das partículas do RSU, causada pelos processos naturais de
degradação (IZZO, 2008).
Alguns valores de densidade citados na literatura indicam uma variabilidade bastante
ampla, abrangendo uma faixa que vai de 110 kg/m3, para resíduos sem nem uma forma de
compactação, até 1700 kg/m3, para resíduos bem compactados, como apresenta a Tabela 10.
Landva e Clark (1990 apud CALLE, 2007) calcularam os valores máximos possíveis de ρ,
simulando uma combinação mais leve (360 kg/m3) e mais pesada (1640 kg/m3) para uma
composição típica de aterros de RSU.
36
Tabela 9: Massa específica de alguns aterros de RSU
Autor Massa Específica kN/m3
Compactação
Merz e Stone (1962) 2,2 a 2,7 Não compactado
Sowers (1968) 4,7 a 9,4 Compactado
Schomaker (1972) 2,9 a 8,8 Não compactado a bem compactado
Bromwell (1978) 3,1 a 9,3 Não compactado a bem compactado
Ham et al. (1978) 6,6 Compactado
Sargunan et al. (1986) 5,5 a 6,9 Pouco compactado
Landva e Clark (1986) 6,8 a 16,2 Compactado
Watts e Charles (1990) 5,9 Londres, resíduos in situ compactado
Oweis e Khera (1990) 6,3 a 9,4 Compactado
Galante et al. (1991) 9,9 a 10,9 Compactado
Fassett et al. (1994)
3 Não compactado
5 a 8 Medianamente compactado
9 a 10,5 Compactado
Fonte: Marques (2001 apud CALLE, 2007).
Tabela 10: Massa específica do RSU, segundo alguns autores
Referência Massa Específica kg/m3
Observações
Tchobanoglous et al. (1993) 178 a 451 Caminhão compactador
Palma (1995) 110 a 220 Sem compactação
Zornberg et al. (1999) 1000 a 1500 Aterro Los Angeles (3m a 55m de profundidade)
Clark e Landva (1990 apud CALLE, 2007)
360 a 1640 Composição típica de RSU
Fasset et al. (1994)*
300 a 800 Pouco compactado
500 a 900 Moderadamente compactado
1000 a 1100 Bem compactado
Merz (1962)** 240 a 270 Não compactado
Fonte: *Hossain (2002); **ENGECORPS (1996)
37
A importância do conhecimento dos valores de densidade não se deve apenas aos
aspectos gerenciais de coleta, disposição e comportamento mecânico dos resíduos sólidos em
um aterro sanitário, mas também devido ao poder de influenciar no processo de degradação da
matéria orgânica. De acordo com Batstone et al. (1989), no momento em que os resíduos não
são compactados, possibilitam a entrada de ar em meio a massa de resíduos estabelecendo
condições aeróbias. Em resíduos altamente compactados, pode ocorrer grande redução do teor
de umidade inibindo a atividade microbiana.
2.3.1.3 Compactação
O processo de compactação na mecânica dos solos visa, através de cargas estáticas ou
dinâmicas, reduzir os vazios do solo, aumentando a massa específica aparente e sua
resistência. Segundo Alcântara (2007), esta técnica também é empregada para os resíduos
sólidos com o objetivo de reduzir os vazios existentes na massa através de operações de
espalhamento e passagem de rolos compactadores, normalmente do tipo “pé de carneiro”,
sobre as camadas, possibilitando um maior acondicionamento dos resíduos por unidade de
volume e desta forma, aumentando a vida útil do aterro sanitário. Ainda, com a utilização
destas técnicas, espera-se que estes resíduos compactados apresentem melhores características
mecânicas, no que diz respeito à redução dos recalques.
2.3.1.4 Recalques
A Geotecnia Ambiental está relacionada à medição, análise e previsão de recalques
nos aterros de resíduos sólidos urbanos, os quais sofrem com reduções volumétricas bastante
significativas, devido aos processos de degradação e à alta compressibilidade dos resíduos.
Os resíduos sólidos podem ser formados por materiais naturais ou artificiais de
diversas formas e tamanhos e podem apresentar enormes variações nas suas propriedades de
deformação, degradabilidade e tenacidade. Desta forma, os mecanismos que governam as
deformações em aterros são muito complexos e envolvem aspectos físicos e bioquímicos, o
que torna difícil a estimativa dos recalques da massa de resíduos. Mesmo assim, os estudos
38
nesta área avançam através de proposição de modelos matemáticos cada vez mais complexos
que procuram integrar a biodegradação e o comportamento mecânico dos resíduos aterrados
(ALCÂNTARA, 2004).
2.3.1.5 Temperatura
Nos processos de biodegradação da matéria orgânica existente nos resíduos sólidos, a
temperatura é um parâmetro que implica balanços energéticos e, em geral, dentro de
determinados limites, menor temperatura significa menor atividade e menor taxa de conversão
do material orgânico através da ação bioquímica de microrganismos (GUNNERSON, 1986,
apud JUNQUEIRA, 2000). Segundo Madigam et al. (2002), os microrganismos que
normalmente atuam na degradação do material orgânico dos aterros sanitários, mantidos sob
condições aeróbias, dependem de uma faixa de temperatura ótima de crescimento, podendo
ser agrupados em quatro categorias, conforme apresenta a Figura 7.
Fonte: Madigam et al. (2002).
Figura 7: Classificação dos microrganismos em função da temperatura de crescimento.
Mata-Alvarez e Martinez-Virturtia (1986 apud ALCÂNTARA, 2007), que estudaram
a cinética de fermentação de RSU em temperaturas de 30o C a 46o C, inferiram que a faixa
ótima de operação de aterros sanitários estaria entre 36o C a 38o C e que sob condições ótimas,
em apenas um ano, haveria uma redução de cerca de 95 % da matéria orgânica biodegradável.
39
2.3.2 Propriedades químicas dos RSU
2.3.2.1 Composição química
O conhecimento da composição química dos resíduos se faz importante para melhor
escolher o processo de tratamento a ser aplicado aos RSU, ou ainda, determinar quais as
melhores formas de disposição final destes. São, portanto, parâmetros importantes para a
quantificação dos teores de matéria orgânica, teor de cinzas, carbono, potássio, fósforo, entre
outros (IZZO, 2008).
2.3.2.2 Concentração de sólidos
A concentração de sólidos refere-se ao resíduo total presente no substrato quer seja de
origem orgânica ou inorgânica e é um indicador da massa total a ser tratada. Como no
processo anaeróbio a bioconversão só irá acontecer na fração teoricamente orgânica do
substrato, deduz-se que quanto maior a concentração de sólidos totais voláteis, maior também
deverá ser a taxa de bioconversão do resíduo (LEITE e POVINELLI, 1999).
2.3.2.3 Potencial hidrogeniônico (pH)
O potencial hidrogeniônico (pH) é o termo usado para expressar as condições de
acidez ou alcalinidade de um meio, através da medida da concentração do íon H+. Segundo
Sawyer e McCarty (1967 apud CINTRA, 2003), a concentração do íon H+ é um dos mais
importantes fatores que influenciam nas velocidades das reações bioquímicas e posterior
estabilização da matéria orgânica. Cada microrganismo tem uma faixa de pH na qual seu
crescimento é possível e, nesta faixa, existe um valor ótimo, bem definido, em que a taxa de
crescimento é máxima.
40
Com relação aos processos de digestão anaeróbia, muitos autores têm reportado que o
pH ideal situa-se na faixa de 6,5 a 7,5. Valores baixos de pH podem significar uma
concentração alta de ácidos graxos voláteis e, portanto, uma inibição de metanogênese.
Valores acima de 8,0 podem favorecer a formação de amônia, que pode ser tóxica aos
microrganismos, em níveis elevados, acima de 150 mg NH3/L (CHERNICHARO, 1997).
2.3.3 Propriedades microbiológicas
2.3.3.1 Biodegradação dos RSU
Os RSU nos aterros, por apresentarem uma composição parte orgânica e parte
inorgânica sofrem processos de oxidação e decomposição na presença ou ausência de
oxigênio e água (MONTEIRO, 2003).
As transformações biológicas da matéria orgânica complexa em produtos mais simples
podem ocorrer particularmente na presença ou na ausência de oxigênio molecular, ou ainda,
em condições intermediárias nas quais coexistem em um mesmo meio e em áreas distintas,
ambientes aeróbios e anaeróbios (ALCÂNTARA, 2007).
Na realidade, um aterro sanitário funciona como um grande reator biológico. Dentro
dele ocorrem processos de conversão anaeróbia caracterizados por várias reações seqüenciais
(CAMPOS, 1999). A conversão da matéria orgânica em ambientes anaeróbios se dá através
de um processo bioquímico complexo no quais atuam um consórcio de microrganismos com
grupos específicos para as várias reações. De acordo com Barlaz (1996) e Campos (1999) é
possível, de forma simplificada, subdividir o processo global em quatro etapas distintas:
Hidrólise Enzimática, Acidogênese, Acetogênese e Metanogênese.
Segundo Eduardo (2007), a decomposição dos resíduos sólidos nos aterros é realizada
em três etapas: aeróbia, anaeróbia ácida e anaeróbia metanogênica. A fase aeróbia apresenta
curta duração e é responsável por uma parcela curta da decomposição. A fase anaeróbia pode
ser dividida em duas etapas: etapa hidrolítica, em que as enzimas extracelulares dos
microrganismos desdobram as cadeias complexas dos compostos orgânicos em cadeias mais
simples, e a etapa fermentativa, onde os compostos simples passam por processos de
fermentação ácida. A fase anaeróbia metanogênica é a etapa final do processo de degradação,
41
onde os compostos orgânicos são transformados em dióxido de carbono e metano. A Figura 8
apresenta o esquema das seqüências metabólicas e grupos microbianos envolvidos na digestão
anaeróbia do aterro de RSU.
Fonte: Adaptado de Eduardo (2007).
Figura 8: Rotas metabólicas de biodegradação dos resíduos.
Embora o tratamento dos resíduos em aterros possa ser feito por digestão aeróbia, a
imensa maioria dos aterros em operação têm como concepção técnica a bioestabilização
anaeróbia do material orgânico, sendo que condições intermediárias, nas quais coexistem
ambientes aeróbios e anaeróbios, podem ocorrer. Segundo Benson et al. (2007), a forma
42
conceitual da biodegradação dos RSU em aterros sanitários ocorre em até cinco etapas
seqüenciais, apresentadas a seguir:
I. Fase aeróbia inicial
Os resíduos dispostos nos aterros carregam em seus vazios grandes quantidades de
oxigênio molecular, o que possibilita a biodegradação sob condições aeróbias. Nesta fase, que
pode durar algumas semanas a poucos meses, ocorre o processo de hidrólise sob condição
aeróbia e a principal fonte de carbono para a atividade dos microrganismos provém de
açúcares solúveis. Devido a essas reações aeróbias exotérmicas da fase inicial, pode ser
observado um aumento considerável na temperatura (ALCÂNTARA, 2007).
II. Fase de transição
Segundo Alcântara (2007), esta fase é caracterizada pela queda no nível de oxigênio
molecular, um conseqüente aumento da perda de oxigênio através da liberação de dióxido de
carbono na fase gasosa e, ainda, o início do estabelecimento das condições anaeróbias na
massa de resíduos. Em condições anaeróbias, o receptor de elétrons alterna de oxigênio para
nitrato e sulfatos. Ao final desta fase de transição, ocorre o início do acúmulo de ácidos
graxos voláteis. Ainda nesta fase, a umidade de capacidade de campo pode ser atingida,
gerando lixiviado.
III. Fase ácida anaeróbia
Esta fase engloba processos de decomposição precursores da metanogênese. Com o
aumento da atividade microbiana, há grande produção e acúmulo de ácidos orgânicos e CO2,
resultando em um decréscimo no pH do resíduo para valores abaixo de 6,0 ou 5,0 (BARLAZ,
1996). Ainda, são características desta fase os aumentos significativos na DQO, DBO e
condutividade do lixiviado (TCHOBANOGLOUS et al., 1993).
43
IV. Fermentação metanogênica
Nesta fase, é acentuada a atividade dos microrganismos acetotróficos e
hidrogenotróficos, produtores de metano. O consumo de oxigênio contribui para maior
conversão de butirato e propianato para acetato, pois o consumo deste possibilita a elevação
do pH, favorecendo assim, o crescimento de acetogênicas e permitindo um consumo adicional
de ácido carboxílico e conseguintemente aumento na taxa de metano (BARLAZ, 1996). Esta
fase, ainda, é caracterizada pelo baixo potencial de oxirredução devido às baixas
concentrações de sulfato e nitrato (PAUL e CLARK, 1989 apud ALCÂNTARA, 2007).
V. Fase de maturação
Esta é considerada a última fase do processo de degradação em aterros
(ALCÂNTARA, 2007). Ocorre uma redução da atividade biológica devido à escassez de
nutrientes, pois a maioria dos compostos orgânicos de rápida e média degradação sob
condições anaeróbias já foi convertida em biogás ou retirada do meio junto com o lixiviado,
restando, apenas, matérias de degradação lenta e inertes. A fase de maturação é caracterizada
pela redução na produção de CH4, CO2 e pelo aumento nas concentrações de O2 e N2.
Segundo Tchobanoglous et al. (1993), o lixiviado gerado conterá ácidos húmicos e fúlvicos,
que são de difícil degradação biológica.
A Figura 9 apresenta um modelo que, segundo Farquhar e Rovers (1973 apud
TCHOBANOGLOUS, et al., 1993), Parquer (1983 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993) e
Pohland (1991 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993), descreve as principais fases do
processo de decomposição e estabilização dos RSU em aterros sanitários.
44
Fonte: Adaptado de Farquhar e Rovers (1973 apud Tchobanoglous, et al., 1993); Parquer (1983 apud Tchobanoglous, et al., 1993); Pohland (1991 apud Tchobanoglous, et al., 1993).
Figura 9: Fases de degradação e concentração de gases em aterros
2.3.3.2 Crescimento microbiano
O crescimento de microrganismos em resíduos sólidos, segundo Alcântara (2007),
considerando experimentos de laboratório em batelada, e mesmo aterros de RSU para
determinada massa de resíduos, possivelmente, pode ocorrer de modo semelhante ao
observado em condições de cultivo em substrato limitado onde são identificadas quatro fases
distintas de crescimento em função do tempo: fase lag, fase exponencial, fase estacionária e
fase de declínio ou morte celular.
Para que ocorra o crescimento bacteriano satisfatório há a necessidade de condições
mínimas para a sobrevivência dos microrganismos e sua reprodução (TORTORA, 2000).
Segundo Eduardo (2007), diversos fatores devem estar equilibrados para que o crescimento
bacteriano aconteça e entre estes fatores, pode-se citar o potencial hidrogeniônico (pH), a
temperatura e o teor de umidade.
45
2.4 Geração de lixiviado em aterros
Os percolados de aterros são líquidos escuros e turvos, de odor desagradável, que
apresentam em sua composição altos teores de compostos orgânicos e inorgânicos, na forma
dissolvida e coloidal (SILVA, 2002).
Segundo Alcântara (2007), o lixiviado pode ser definido como líquido que se infiltra
através dos resíduos sólidos em decomposição e extrai materiais dissolvidos ou em suspensão,
contendo produtos biológicos e constituintes químicos, resultando, portanto, da hidrólise de
compostos orgânicos e da umidade do sistema.
Segundo Eduardo (2007), o lixiviado é um efluente muito complexo, apresentando
ainda variabilidade de composição, uma vez que cada aterro gera lixiviado com características
particulares, o que demanda uma avaliação do tipo de tratamento mais viável e eficiente para
cada caso. O lixiviado ou líquido percolado pode tanto escorrer e alcançar as coleções hídricas
superficiais, como infiltrar no solo e atingir as águas subterrâneas, comprometendo sua
qualidade e, por seguinte, seu uso.
De uma maneira geral, não é possível estabelecer uma composição fixa para o
lixiviado, porém, Christensen e Kjeldsen (1991) dividem os compostos presentes no lixiviado
em quatro grandes categorias: matéria orgânica dissolvida – MOD; compostos orgânicos
xenobióticos – COX; macrocomponentes inorgânicos e metais pesados.
2.4.1 Recirculação do lixiviado
A recirculação do lixiviado pode ser considerada um método de tratamento, pois além
de reduzir o volume por evaporação, aumenta a degradação anaeróbia no interior do aterro
com a conversão dos ácidos orgânicos em CH4 e CO2, promovendo uma melhor distribuição
de nutrientes e umidade. É uma técnica que se adapta às condições ambientais de algumas
regiões do Brasil, com temperatura, ventos e irradiação solar que favorecem a evaporação
(ANDRADE, 2001; MOTA, 1997; FERREIRA, 2000).
Estudos realizados por Reinhart e Al-Yousfi (1996) mostraram que esta técnica
aumentou a eficiência de compactação do aterro, facilitando o reaproveitamento posterior do
terreno e diminuindo o tempo necessário para estabilização do aterro.
46
2.5 Considerações sobre lisímetros ou biorreatores
Segundo Alcântara (2007), as células experimentais de dimensões reduzidas às vezes
denominadas lisímetros, representam uma técnica bastante interessante e podem ser
empregadas para estudar o comportamento dos resíduos quanto aos aspectos físicos, químicos
e microbiológicos, bem como contribuem para uma melhor compreensão das rotas
metabólicas da degradação de produtos orgânicos. A Figura 10 apresenta uma classificação
dos lisímetros para análises de resíduos sólidos urbanos (ALCÂNTARA, 2007).
Fonte: Adaptado de Alcântara (2007).
Figura 10: Classificação de lisímetros
De acordo com Levine et al. (2005), testes com lisímetros possibilitam avaliar os
processos de degradação de resíduos e geração de lixiviado sob condições controladas. Além
disso, pode ser feita uma caracterização mais detalhada dos resíduos do que quando dispostos
em aterros. Os lisímetros são projetados geralmente para que a água de infiltração da chuva
nos resíduos seja feita sob condições controladas. A gerência adequada destes parâmetros
pode levar à estabilização muito rápida dos resíduos e a ritmos de alta produção de metano
(BORGLIN et al., 2004).
Ainda, esses experimentos são importantes por simularem situações particulares para
análise de causa e efeito, o que seria inviável em escala real, como por exemplo, estudar o
comportamento de resíduos com composições específicas, sua co-disposição com resíduos de
outra natureza, a simulação de condições que podem envolver precipitação, umidade e
47
temperatura, concepção técnica, alternativas de tratamento ou pré-tratamento dos resíduos,
dentre outros aspectos (ALCÂNTARA, 2007).
As células experimentais possibilitam entender o comportamento de aterros de RSU e
representam uma técnica bastante interessante para obter parâmetros de projetos,
dimensionamento e construção de aterros, além de fornecerem subsídios e contribuições na
área do saneamento, através de monitoramento de processos (MONTEIRO, 2003).
Um lisímetro experimental de campo em escala reduzida, conforme Medeiros et al.
(2002), foi construído em Florianópolis-SC, constituído de três células preenchidas com
resíduos sólidos urbanos e exposto a céu aberto, sendo monitorado diariamente durante 12
meses. O objetivo do trabalho foi simular um aterro sanitário para a retirada de parâmetros
principais do balanço hídrico. A Figura 11 apresenta a vista geral da instalação.
Levine et al. (2005) se utilizaram de pequenos lisímetros de aproximadamente 100
litros para simular aterros sanitários e verificar a eficiência de diferentes sistemas de
drenagem para o lixiviado gerado pelos resíduos sólidos urbanos e sua co-disposição com
resíduos de combustão e lodos. Os lisímetros preenchidos com os resíduos foram monitorados
durante oito meses, através de análises de características químicas, físico-químicas e
microbiológica dos lixiviados, bem como da avaliação do potencial de obstrução do sistema
de drenagem. O projeto foi baseado principalmente no trabalho de Rowe et al. (2002), o qual
construiu lisímetros de coluna em PVC (diâmetro - 0,50 m; altura 0,70 m). A Figura 12
apresenta um exemplo de lisímetro de laboratório construído em tubos de PVC (0,30 m x
1,37m, diâmetro e altura, respectivamente), conforme Levine et al. (2005).
Fonte: Medeiros et al. (2002).
Figura 11: Balanço hídrico em aterros de RSU, em escala experimental de laboratório
48
Fonte: Levine et al. (2005).
Figura 12: Lisímetros preparados a partir de tubos de PVC
Um bioreator em aço inox, com capacidade de 200 litros, foi utilizado por John (2004)
para tratar resíduos sólidos urbanos por processos anaeróbios, conforme apresenta a
Figura 13. Acelerou-se a degradação da matéria orgânica biodegradável presente nos RSU por
meio do controle de parâmetros químicos e físicos. Foram utilizados resíduos de rápida
biodegradabilidade como frutas, verduras e legumes, cortados em pedaços de 5 cm x 5 cm e
acondicionados dentro do biorreator. Para controle do sistema foram monitorados o pH,
temperatura, demanda química de oxigênio (BQO), demanda bioquímica de oxigênio com
incubação de 5 dias (DBO5), ácidos orgânicos voláteis (AOV) e oxigênio dissolvido (OD). A
diminuição ocorrida na DQO e nos AOV revelou o consumo da matéria orgânica presente no
biorreator, o que resultou na produção total de 1352 litros de gás durante os 20 dias
monitorados.
49
Fonte: John (2004)
Figura 13: Biorreator utilizado por John (2004)
50
CAPÍTULO 3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Fluxograma da pesquisa
A presente pesquisa compreendeu, inicialmente, o projeto e a construção do lisímetro de
laboratório para estudos em resíduos sólidos e, em um segundo momento, a realização de um
ensaio piloto no qual foi realizado o monitoramento do comportamento geotécnico e de
degradação de uma amostra de resíduos sólidos orgânicos. O fluxograma apresentado na
Figura 14 ilustra as etapas da pesquisa.
Figura 14: Fluxograma do projeto de construção e monitoramento do lisímetro
51
3.2 Projeto, construção e instrumentação do lisímetro de laboratório
3.2.1 Concepção e projeto do lisímetro
O projeto do lisímetro em escala de laboratório para estudos com resíduos sólidos,
etapa inicial a que se propôs o presente trabalho, foi concebido de acordo com dados e
parâmetros encontrados na literatura para experimentos semelhantes, os quais foram
abordados por Levine et al. (2005), Alcântara (2007), entre outros. Também, as atividades de
pesquisas de laboratório já desenvolvidas ou em desenvolvimento por parte dos demais
acadêmicos do curso de Engenharia Ambiental e do Programa de Pós-Graduação em
Engenharia motivou e forneceu subsídios para o desenvolvimento do projeto. Ainda, foram
levados em consideração o tempo disponível para execução do projeto e os recursos
financeiros disponíveis para a compra dos materiais necessários à construção, instrumentação
e aquisição de dados para o lisímetro.
A construção de um lisímetro em escala de laboratório foi preferencialmente escolhida
em razão da maior possibilidade de controle das diversas variáveis envolvidas em torno destes
experimentos complexos. Os lisímetros de laboratório têm por objetivo simular os processos
envolvidos em aterros sanitários, podendo desta forma, evitarem-se algumas variáveis como
precipitação pluviométrica, ventos, insolação, e outras. Ainda, estes equipamentos possuem
um custo inferior quando comparados aos de campo, devido as suas menores dimensões e a
um volume menor de materiais envolvidos em sua construção.
3.2.2 Construção do lisímetro e materiais utilizados
Todas as atividades relacionadas à montagem do lisímetro foram desenvolvidas no
Laboratório de Geotecnia Ambiental do Centro Tecnológico (CETEC) da Universidade de
Passo Fundo.
Os materiais utilizados para a confecção e montagem do lisímetro estão listados na
Tabela 11, os quais foram adquiridos com verba orçamentária do curso de Engenharia
52
Ambiental da Universidade de Passo Fundo. Os serviços de usinagem das peças metálicas e
em PVC foram executados no Núcleo Tecnológico de Engenharia Mecânica da UPF.
Tabela 11: Peças utilizadas para a montagem do lisímetro.
Material Quantidade
Tubo PVC 350 mm de diâmetro (DN) 1
Luva PVC 350 mm de diâmetro(DN) 1
Cap PVC 350 mm de diâmetro (DN) 2
Plug PVC roscável ¾” 3
Plug PVC roscável 1 ½” 3
Mangueira de silicone 6 mm /10 mm 6 (m)
Reservatório PVC 12 L
Abraçadeira de metal 365 mm de diâmetro
1
Registro esfera ½” 3
Terminal ½ x 11,8 mm de diâmetro 3
Niple redutor 3
Difusor de água 1
Base de metal 1
Mesa de metal 1
Parafuso e bucha 2
Parafuso e porca 3/16” 4
Fita veda rosca 1
Silicone industrial 200g
O lisímetro foi construído a partir de um tubo de PVC de 35 cm de diâmetro interno,
dividido em duas seções, uma de 80 cm e outra de 120 cm de altura, como ilustra a Figura 15.
Essas partes usinadas foram conectadas por uma luva também de PVC, formando um cilindro
rígido com 240 cm de altura, selado com silicone industrial em suas junções. A Figura 16
apresenta as dimensões dos tubos e conexões em centímetros.
53
Figura 15: (a) Tubos usinados; (b) Cap e luva
Figura 16: Dimensões dos tubos e conexões que configuram o lisímetro (em cm)
54
3.2.3 Instrumentação do lisímetro e aquisição de dados
O Sistema de Aquisição de Dados (SAD) para o monitoramento do lisímetro foi
projetado através de parceria firmada com o Núcleo de Engenharia Elétrica da UPF
(BRUXEL, 2009). O projeto contemplou um sistema digital conforme apresenta a Figura 17,
o qual faz aquisições de dados através de sensores eletrônicos dispostos no meio a ser
monitorado. Esses sensores são responsáveis por obter as variações dos fenômenos em estudo
através da medição de grandezas físicas e físico-químicas por meio de sinais analógicos, os
quais são convertidos para sinais digitais em um conversor A/D modelo MCP3551, e
imediatamente, enviados a um microprocessador modelo PIC 16F877.
Figura 17: Dispositivo eletrônico de aquisição de variáveis
Após esta etapa, o dispositivo transmite instantaneamente os dados coletados através
de um módulo do tipo Xbee (como apresenta a Figura 18), isto é, um transmissor de rádio
freqüência, cujo protocolo de comunicação é baseado no padrão Zigbee. Esse dispositivo
opera com uma potência de 1 mW, freqüência ISM (Industrial, Scientific and Medical), para o
Brasil na faixa de 2,4GHz, podendo atingir 100 metros de distância de seu módulo de
recepção, sem barreiras físicas. O módulo de recepção é conectado a um computador que
55
recebe os dados em arquivo Excel (*.cvs). No presente trabalho, o dispositivo fez aquisições a
cada minuto, porém, caso seja necessário, este pode ser programado para fazer as medições
em maiores ou menores intervalos de tempo.
3.2.3.1 Sensores de temperatura
Para medir a temperatura, o sensor utilizado foi o LM35 (como apresenta a Figura 19),
por ser de fácil uso, medir temperaturas de até 150ºC, ser de baixo custo e ainda, ser bastante
usual em medições desta natureza. Porém, é necessário isolar seus terminais, pois ele não
possui encapsulamento de proteção contra umidade. Assim, utilizou-se silicone e cabos termo
retráteis para protegê-lo de uma possível ação corrosiva provocada pela decomposição dos
resíduos, utilizando-se para isso óleos anti-corrosão (BRUXEL, 2009).
Fonte: Adaptado de BRUXEL (2009).
Figura 18: Fluxograma do sistema de funcionamento do SAD
56
Figura 19: Sensor de temperatura, modelo LM35
3.2.3.2 Célula de carga
A célula de carga utilizada para medir a variação da massa no lisímetro é do tipo “S”,
da marca MK Controle, modelo CSL/CZ-500, como ilustra a Figura 20. As características
estão descritas abaixo:
a) Capacidade de carga: 500 kg;
b) Sentido de trabalho: Tração/Compressão;
c) Tensão de excitação: 10VDC (máximo 15V);
d) Sensibilidade do sinal de saída: 2mV/V;
e) Resolução: 10000 divisões = 50g
Figura 20: Célula de carga tipo S
As células de carga são dispositivos eletromecânicos que medem a deformação ou
flexão de um corpo e a transformam em um sinal de tensão proporcional à carga aplicada na
estrutura. Essa deformação pode ocorrer devido a forças de tração, compressão ou torque que
agem sobre a célula. Segundo Bruxel (2009), para medir a força aplicada sobre o corpo são
57
utilizados extensômetros (strain-gages) colocados na sua estrutura, que se deformam junto
com o corpo. A Figura 21 mostra a estrutura de um extensômetro.
Quando a célula de carga sofre deformações, os extensômetros alteram a sua estrutura
e mudam o valor da voltagem de saída. A precisão de medida das células de carga está
diretamente relacionada com a quantidade de extensômetros presentes na estrutura desta
célula (BRUXEL, 2009).
Fonte: BRUXEL (2009).
Figura 21: Strain-gage ampliado
3.2.3.3 Sensor de recalque
Para a medição dos recalques da massa de resíduos no interior do lisímetro foi
utilizado um sensor desenvolvido a partir de um componente denominado encoder
incremental.
O encoder incremental é composto por um diodo emissor de luz (led) que envia
continuamente feixes de luz. Estes feixes passam por um disco perfurado e depois chegam a
um receptor. O disco perfurado está fixado no eixo do dispositivo, como mostra a Figura 22.
Portanto, sua posição varia de acordo com rotação do eixo principal. Quando o feixe de luz é
transmitido e chega até o receptor, o valor da tensão de saída vai para nível lógico alto e
quando o feixe não atravessa o disco e não chega até o receptor, a saída fica em nível lógico
baixo. Assim, há na saída do encoder uma tensão em forma de pulsos que varia de acordo
com a posição do eixo principal (BRUXEL, 2009).
O encoder incremental utilizado foi da marca Hohner, série 10, e possui as seguintes
características:
58
a) Peso: 400g;
b) Alimentação: 5 VDC a 28VDC;
c) Frequência máxima: 130 kHz;
d) Diâmetro do eixo: 13 mm;
e) Número de pulsos por giro: 10.
O sensor que faz a medição do recalque é composto pelo encoder incremental, uma
linha de nylon e um disco de metal com uma massa de 10 kg. Este, além de ser um
componente do sistema de medição dos recalques, também serve para simular a ação de uma
sobrecarga atuante sobre a massa de resíduos. Deve-se ressaltar que uma vantagem do sensor
desenvolvido é que ele possui curso capaz de registrar grandes deslocamentos, bastando para
tanto aumentar o comprimento do fio de nylon conectado ao encoder.
Fonte: BRUXEL (2009).
Figura 22: Encoder Incremental.
3.2.3.4 Leiaute da instrumentação e aquisição de dados
A Figura 23 ilustra um leiaute esquemático da disposição dos sensores e instrumentos
eletrônicos posicionados no lisímetro, bem como a transmissão e aquisição dos dados.
59
Figura 23: Leiaute final do sistema de aquisição de dados
3.3 Ensaio piloto
3.3.1 Preenchimento e compactação dos resíduos no lisímetro
Para a realização do ensaio piloto, os resíduos foram inseridos no lisímetro, da base
para o topo, sobre uma camada de drenagem e filtração. A coluna, com 1,65 m de altura útil,
foi dividida em 5 camadas de aproximadamente 0,33 m cada uma. A compactação dos
resíduos nestas camadas foi feita manualmente com o auxilio de um pilão de madeira. A
amostra final de resíduo ficou com uma massa total de 71.660 kg e volume de 0,158m3. Sendo
assim, o peso específico final atingiu os 4,5 kN/m3. Segundo Manassero (1997 apud
SILVEIRA, 2004), valores de peso específico podem variar de 3 kN/m3 a 9 kN/m3 por
camada que tenha recebido uma baixa energia de compactação e de 5 kN/m3 a 8 kN/m3 para
compactação moderada. A Tabela 12 mostra um resumo das características geométricas e
físicas da amostra de resíduos após a compactação.
60
Tabela 12: Características geométricas e físicas da amostra
Parâmetro Valor
Diâmetro 0,350 m
Altura Inicial 1,650 m
Volume Inicial 0,158 m3
Massa Inicial 71,660 kg
Número de Camadas 5
Espessura Média das Camadas 0,330 m
Massa Média por Camada 14,330 kg
3.3.2 Composição dos resíduos
Os resíduos orgânicos utilizados no ensaio piloto foram obtidos em fruteiras e em
pequenos hortifrutigranjeiros da cidade de Passo Fundo-RS. As Figuras 24 a 27 apresentam os
resíduos orgânicos separados e devidamente pesados em bandejas individuais, antes de serem
misturados, homogeneizados e compactados no interior do lisímetro.
Após essa etapa, de separação e pesagem, iniciou-se a redução do tamanho dos
resíduos, a fim de facilitar a homogeneização e acelerar o processo de degradação, conforme
apresenta a Figura 28. Com os resíduos picados, estes foram distribuídos em cima de uma
lona para que pudessem ser homogeneizados, como ilustra a Figura 29.
Figura 24: (a) Maravalha; (b) Rúcula
61
Figura 25: (a) Maça; (b) Casca de mandioca; (c) Couve-flor (folhas); (d) Tomate
Figura 26: (a) Alface, (b) Couve-chinesa/ Radicchi, (c) Casca de arroz, (d) Repolho
62
Figura 27: Mandioca
Figura 28: (a) e (b) Picagem dos resíduos
Figura 29: Resíduos picados dispostos sobre uma lona
O lisímetro foi então preenchido com os resíduos orgânicos preparados, em cinco
camadas, com uma massa média de 14,330 kg por camada, e compactados manualmente,
como mostra a Figura 30.
63
Figura 30: (a) Inserção dos resíduos no lisímetro; (b) Compactação das camadas
A Figura 31 ilustra como foram dispostos os sensores em meio aos resíduos
compactados no lisímetro e a forma de vedação da conexão do tubo inferior da base com a
luva, utilizando silicone industrial.
Figura 31: (a) Acomodação dos sensores; (b) Vedação da seção inferior com a luva
A Tabela 13 apresenta os dados referentes aos tipos de resíduos utilizados na
composição da amostra, bem como suas respectivas massas. Já na Figura 32 pode ser
observada a composição gravimétrica da amostra.
64
Tabela 13: Resíduos utilizados para composição da amostra
Resíduos Percentual (%) Massa (kg)
Tomate 21,32 15,28
Maça 9,96 7,14
Mandioca 11,19 8,02
Alface 5,89 4,22
Couve Chinesa/ Radicchi 3,99 2,86
Couve - Flor (Folhas) 10,75 7,7
Casca de Mandioca 16,77 12,02
Casca de Arroz 3,85 2,76
Rúcula 3,01 2,16
Maravalha 7,31 5,24
Repolho/Brócolis 3,82 2,74
Diversos 2,12 1,52
Total 100 71,66
Figura 32: Composição gravimétrica da amostra utilizada
65
A amostra de resíduos sólidos utilizados para o presente estudo foi composta somente
por matéria orgânica. A grande maioria dos resíduos que compõem essa amostra caracteriza-
se como resíduos orgânicos de degradação rápida, exceto a maravalha, que não se enquadra
neste grupo, por possuir fibras de celulose em sua composição, sendo então um resíduo
orgânico de degradação lenta.
3.3.3 Monitoramento do Ensaio Piloto
3.3.3.1 Medição de temperatura
A medição da temperatura dos resíduos fornece informações indiretas quanto à
atividade microbiana no processo de degradação da matéria orgânica sendo, portanto, um
parâmetro relevante no monitoramento de lisímetros ou mesmo, aterros sanitários. A medição
foi feita através de três sensores de temperatura instalados em três alturas diferentes do tubo –
T1, T2 e T3 (35 cm, 80 cm e 125 cm respectivamente da base da célula experimental), como
ilustra a Figura 33. As medições foram realizadas diariamente e enviadas ao computador,
onde foi gerado um banco de dados com os valores para posterior tratamento e interpretação.
66
Figura 33: Localização dos sensores de temperatura
3.3.3.2 Balanço de massa
O acompanhamento das variações de massa do lisímetro pode fornecer informações
indiretas sobre a produção de gases provenientes da biodegradação dos resíduos contidos
dentro do lisímetro. O presente estudo caracteriza-se por ser um sistema fechado, sendo
possível, portanto, monitorar as entradas e saídas de elementos mássicos, como as amostras de
resíduos sólidos e de lixiviado coletados na célula experimental para análises laboratoriais.
Dessa forma, seria possível inferir a quantidade de gás produzido através de um balanço de
massa. Porém, devido a falhas na aquisição dos dados da célula de carga no início do ensaio
piloto, não foi possível inferir a geração de biogás através do balanço de massa.
67
3.3.3.3 Medição dos recalques
O acompanhamento dos deslocamentos verticais da massa de resíduos faz parte do
monitoramento geotécnico de um aterro. Usualmente, em experimentos desta natureza, o
valor do recalque é medido na superfície final dos resíduos, assim como a sua evolução com
tempo, com a finalidade de obter uma curva tempo-recalque. Desta forma, foi realizado um
acompanhamento dos recalques na célula experimental de laboratório, com leituras contínuas
dos deslocamentos verticais ocorridos na massa de resíduos, as quais eram instantaneamente
enviadas ao banco de dados do computador, para posterior tratamento, interpretação e
correlação com os demais parâmetros monitorados.
3.3.3.4 Monitoramento dos sólidos
As amostras de resíduos sólidos foram coletadas a cada sete dias, em três portas – P1,
P2 e P3, (45 cm, 90 cm e 135 cm respectivamente da base do lisímetro), como ilustra a
Figura 34. As portas, inicialmente vedadas com plugues rosqueáveis de PVC, eram abertas
semanalmente somente para a coleta dos resíduos.
As amostras foram coletadas com o auxílio de um trado manual de 50 cm de
comprimento e 3 cm de diâmetro, o qual foi feito especialmente para este trabalho, conforme
apresentam as Figuras 35 e 36. Cada porta possuía um trado manual individual para coleta dos
resíduos sólidos, evitando assim, a contaminação cruzada das amostras por microorganismos
e possível alteração nos resultados das análises.
As amostras coletadas foram divididas em duas partes e acondicionadas em sacos
plásticos estéreis com fecho hermético, o qual possibilita a retirada do ar, como mostra a
Figura 37. A quantidade coletada de amostra foi de 25 gramas para contagem de
microrganismos aeróbios e mais 25 gramas para contagem dos microrganismos anaeróbios.
As amostras foram encaminhadas ao Centro de Pesquisa em Alimentação da UPF (CEPA),
para verificar o crescimento dos microrganismos aeróbios mesófilos viáveis, através da
metodologia descrita pela Instrução Normativa n. 62 de 26 de agosto de 2003, do Ministério
da Agricultura e Pecuária e Abastecimento (MAPA). No mesmo laboratório foram feitas
68
contagens dos microrganismos anaeróbios mesófilos viáveis, através da metodologia prevista
pela Portaria 101 de 11 de agosto de 1993, do MAPA, conforme descreve a Tabela 14.
As demais amostras coletadas, 100 gramas de resíduos para cada uma das portas de
coleta, foram encaminhadas ao Laboratório de Solos da Faculdade de Agronomia e Medicina
Veterinária da UPF. Os parâmetros analisados nesse laboratório estão apresentados na
Tabela 15. Para análise do potencial hidrogeniônico e teor de umidade em base úmida dos
resíduos foi utilizada a metodologia descrita por TEDESCO et al. (1995).
Figura 34: Localização das portas para coleta dos resíduos
Figura 35: Trado utilizado para coletar os resíduos
69
Figura 36: (a) e (b) Coleta dos resíduos; (c) Porta de coleta
Figura 37: (a) Retirada do ar para armazenamento; (b) Recipiente de acondicionamento
Tabela 14: Parâmetros microbiológicos analisados
Parâmetro Metodologia Unidade
Microrganismos aeróbios mesófilos viáveis
(MAPA, 2003) UFC/g
Microrganismos Anaeróbios mesófilos
(MAPA, 1993) UFC/g
70
Tabela 15: Parâmetros físico-químicos analisados
Parâmetro Metodologia Unidade
pH TEDESCO (1995) Um
Teor de umidade TEDESCO (1995) %
3.3.3.5 Monitoramento do lixiviado
O sistema de drenagem/filtração de fundo do lisímetro foi composto por uma camada
de 100 mm de argila expandida, coberta por duas camadas de geotêxtil de 3 mm de espessura
cada. Na parte central da base, um rebaixo induz o líquido percolado através das camadas dos
níveis superiores a se direcionarem ao centro inferior do tubo, onde um registro de esfera
conectado a uma mangueira de silicone conduz o lixiviado até o reservatório, conforme
apresentado na Figura 38. O lixiviado armazenado era posteriormente reintroduzido no
lisímetro com periodicidade semanal, coincidindo com as datas das coletas das amostras.
A parte superior do lisímetro possuía um tubo de silicone, de 6 mm de diâmetro,
conectado a um registro esfera fixado na tampa do lisímetro; um prolongador conectava-o ao
difusor de lixiviado localizado na parte interna do lisímetro. Através deste sistema era
possível recircular o lixiviado, a fim de otimizar a degradação dos resíduos sólidos.
O lixiviado foi coletado diretamente no tubo de drenagem, através da abertura do
registro de esfera, sendo posteriormente acondicionado em vidro âmbar estéril, como ilustra a
Figura 39. Após a coleta das amostras, uma por semana, as mesmas eram encaminhadas ao
Laboratório de Controle de Efluentes (LACE) da UPF, onde eram analisadas de acordo o
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998). No presente
tranalho, foram monitorados os parâmetros físico-químicos dos líquidos percolados, como
apresenta a Tabela 16.
71
3.3.3.6 Monitoramento do biogás
O biogás eventualmente gerado, resultante da biodegradação dos resíduos sólidos, não
foi monitorado diretamente, mas tão somente drenado através de uma tubulação flexível que
conectava a parte superior do lisímetro ao exterior do laboratório.
Figura 38: Reservatório de lixiviado
Figura 39: Coleta do lixiviado em âmbar estéril
72
Tabela 16: Parâmetros físico-químicos analisados em amostras de lixiviado
Parâmetro Referências Unidade
DQO APHA (1998) mg/L O2
Condutividade APHA (1998) mS/cm
Nitrogênio Amoniacal
APHA (1998) mg/L
pH APHA (1998) un
73
CAPÍTULO 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Calibração da instrumentação
4.1.1 Sensores de temperatura
A medição da temperatura foi feira com o sensor de temperatura tipo LM35 com um
erro máximo de 0,5 ºC para uma temperatura de 25 ºC, ou seja, 2 %.
Testes foram realizados para calibração destes sensores, conforme apresenta a
Figura 40. Os valores da temperatura ambiente medidos foram comparados à média de dois
termômetros (certificados) colocados próximos aos sensores, de modo que não houvesse uma
diferença significativa na temperatura medida por ambos, conforme pode ser observados na
Tabela 17.
Figura 40: Testes de calibração dos sensores de temperatura LM35
Como mostra a tabela 17, apenas a quarta medição do sensor 2 e a quinta medição do
sensor 3 apresentaram uma variação maior do que 0,5ºC, excedendo assim, o erro máximo
74
admissível no processo de medição. No entanto, esta pequena variação pode ser
desconsiderada.
Tabela 17: Calibração dos sensores de temperatura
Termômetro de Mercúrio (ºC) Sensor 1 (ºC) Sensor 2 (ºC) Sensor 3 (ºC)
22,5 22,6 22,7 22,7
25 25,1 25,3 25,1
28,3 28,3 28,2 28,4
31,7 31,6 32, 3 31,9
36 36 36,3 35,1
4.1.2 Célula de carga
Para calibrar a célula de carga, foi colocado um objeto de massa conhecida sobre o
sensor conforme mostra a Figura 41(a). Observou-se o valor de massa lido pelo dispositivo e,
logo após, girou-se o potenciômetro de regulagem existente no circuito eletrônico para aferir
os valores de massa verificados pelo sistema e a massa real do objeto, conforme ilustra a
Figura 41(b). A Tabela 18 apresenta os valores lidos pelo sistema.
Figura 41: (a) Objeto de massa conhecida; (b) Regulagem do potenciômetro
75
Tabela 18: Valores das massas verificadas pelo sistema
Massa do objeto (g) Valor medido (g)
220 200
1550 1560
3220 3210
5210 5200
77000 76900
Fonte: BRUXEL (2010).
Na Tabela 18 podem ser observados os valores lidos pelo sistema de aquisição de
dados para diversas massas conhecidas posicionadas sobre a célula de carga. As leituras de
massa variaram na faixa máxima de 100 gramas, ficando dentro da margem de erro que
poderia ocorrer segundo especificação do fabricante, ou seja, 50 gramas para mais e 50
gramas para menos.
4.1.3 Sistema de medição de recalques
Para os testes de precisão do encoder utilizou-se apenas o encoder e um pedaço de
linha de nylon conectado a uma bobina (nylon) acoplada ao eixo do encoder, conforme
apresenta a Figura 42.
76
Figura 42: (a) e (b) Mecanismo de funcionamento do sistema de medição do recalque Para calibrar o encoder, a linha de nylon de 0,5 mm de espessura e 1000 mm de
comprimento, foi enrolada na bobina e, pouco a pouco, estendida, fazendo com que o eixo
girasse. Assim, pulsos foram gerados em sua saída. Estes pulsos, ligados à interrupção externa
do PIC (microcontrolador) foram contabilizados, atingindo um valor de 500 pulsos. Com o
desenvolvimento desta metodologia de calibragem foi possível atingir a precisão desejada
para o projeto, menor ou igual a 3 mm.
4.2 Monitoramento do ensaio piloto
O monitoramento do ensaio piloto se iniciou logo após a compactação da última
camada de resíduos. Foram monitorados os comportamentos de diversos parâmetros que
envolveram aspectos qualitativos e quantitativos. Assim, o monitoramento envolveu
parâmetros relacionados à massa de resíduos inseridos e também ao lixiviado, cujos
resultados estão apresentados nesta ordem.
No inicio da primeira semana se observaram recalques consideráveis na massa de
resíduos, os quais impossibilitaram a coleta de resíduos na porção superior (P3) do lisímetro.
Ao longo das quatro primeiras semanas de monitoramento, os recalques ocorridos foram
expressivos. Logo, tornou-se impossível a coleta de resíduos na porta (P2) devido ao nível
superior dos resíduos encontrar-se abaixo do nível da porta de coleta. Portanto, a partir da
quinta semana, somente foram coletados resíduos sólidos da porta inferior (P1). A Figura 43
ilustra o protótipo do lisímetro já em fase de monitoramento.
4.2.1 Parâmetros físico-químicos dos resíduos sólidos
4.2.1.1 Potencial hidrogeniônico (pH)
O potencial hidrogeniônico é um indicativo da acidez ou alcalinidade dos resíduos e
está relacionado com as fases de degradação da matéria orgânica nos sistemas anaeróbios.
77
Segundo Alcântara (2007), a quantificação dos valores de pH em processos de tratamento
biológico permite avaliar preliminarmente o desenvolvimento dos processos de digestão
anaeróbia, sendo que a variação deste parâmetro na massa de resíduos e no lixiviado gerado
pode ser associada às fases de degradação em aterros sanitários e lisímetros de pequenas
dimensões ou em escala de campo.
Figura 43: Protótipo do lisímetro em fase inicial de monitoramento
Admitindo que a degradação dos RSU em aterros sanitários ocorre em cinco fases
distintas (Figura 9), os valores mais baixos de pH caracterizam as fases 2 e 3, que
correspondem à transição de condições aeróbias para anaeróbias e à fase ácida. Isso ocorre
pelo acúmulo de ácido acético e elevadas concentrações de CO2 no interior da massa de
resíduos, devido à intensa atividade dos microrganismos hidrolíticos-fermentativos e da baixa
atividade das bactérias metanogênicas (ALCÂNTARA, 2007).
78
Segundo Pinto (2000), na fase 2 ocorre uma aceleração das atividades microbianas,
com produção significativa de ácidos carboxílicos, resultando na queda de pH (<6,0). A
hidrólise enzimática dos compostos de massas moleculares mais elevadas (lipídios, proteínas
e polissacarídeos) forma compostos mais simples (açúcares, aminoácidos, ácidos graxos)
utilizados como fonte de energia. Esses compostos mais simples são convertidos em outros
intermediários (ácido acético, propiônico, butírico, CO2 e H2 (acidogênese). Nesta etapa, o pH
do lixiviado cai para valores próximos a 5,0.
Como mencionado anteriormente, ao final da primeira semana do início do
experimento, a porta de coleta P3, localizada a 135 cm de altura, já havia sido ultrapassada
pelo topo dos resíduos, devido ao seu acomodamento inicial, acarretando assim, na sua
desativação precoce, de modo que nem uma amostra pode ser coletada e analisada. Os valores
de pH verificados nas amostras de resíduos sólidos coletados nas portas P1 e P2, como ilustra
a Figura 44, indicam que no momento inicial (semana 1) os resíduos apresentavam
características bastante ácidas, com pH na faixa de 3,6 a 4,0, para P1 e P2, respectivamente.
Desta forma, sugere-se que o tempo decorrido entre a colheita das frutas, verduras e
hortaliças, perdurando por alguns dias em mercados e fruteiras, até chegarem ao momento
onde não poderiam mais ser vendidas por estarem em fase de decomposição, já poderia ser o
suficiente para o estabelecimento do início da fase ácida.
Figura 44: Evolução do potencial hidrogeniônico das amostras de resíduos sólidos
Os valores de pH para as amostras coletadas na porta P2, plotados nos gráficos das
Figuras 45 e 46, foram obtidos durante as primeiras quatro semanas do monitoramento, visto
que no início da quinta semana os resíduos já aviam acumulado grandes recalques,
79
compactando-se abaixo do nível da porta de coleta P2. Devido a este comportamento, houve
também o encerramento das coletas de amostras de resíduos nesta porta. Assim sendo, obteve-
se apenas quatro valores para P2.
Nas amostras coletadas na porta P1, os valores medidos ficaram um pouco abaixo
quando comparados com os valores verificados na porta P2, como ilustra a Figura 45, onde
estão plotados os valores do pH para o lixiviado. Acredita-se que a utilização de restos de
alimentos orgânicos tenha contribuído para a verificação dos baixos valores de pH, pois,
sabidamente, alguns alimentos possuem estas características, como é o caso do tomate, o qual
correspondeu a mais de 20% da massa total da amostra. Segundo Borguini (2002), o tomate
apresenta pH abaixo de 4,5.
Figura 45: Evolução do potencial hidrogeniônico dos resíduos e do lixiviado
Pode-se observar que existe uma grande proximidade entre os valores de pH medidos
nos resíduos sólidos coletados nas portas P1 e P2 e àqueles medidos no lixiviado (L1), os
quais foram coletados nos mesmos tempos.
Os valores do potencial hidrogeniônico, tanto para os resíduos sólidos como para o
lixiviado, se mantiveram na faixa de 3,4 a 5,0 até o 77o dia de monitoramento do experimento,
caracterizando bem o estabelecimento da fase ácida de degradação dos resíduos.
Os valores de pH verificados neste trabalho ficaram bastante próximos dos valores
apresentados na literatura para a fase 2 (ácida) de degradação de RSU em aterros, podendo
variar de 4,5 a 5,0, como atestam os trabalhos de Pinto (2000) e Stanforth et al. (1979 apud
TEIXEIRA, 1993). Valores entre 5 e 8 também foram citados por Suflita et al. (1992).
80
4.2.1.2 Teor de umidade
Os teores de umidade dos resíduos podem variar consideravelmente, antes ou depois
da disposição em aterros, sendo este parâmetro influenciado pela composição gravimétrica,
condições climáticas, procedimentos operacionais de coleta, transporte e disposição final,
dentre outros fatores.
Semelhante aos outros parâmetros medidos nos sólidos, a umidade foi analisada em
duas amostras distintas coletadas na porção superior (P2), durante as primeiras quatro
semanas de monitoramento e inferior (P1), cujos resultados estão apresentados na Figura 46.
Figura 46: Evolução do teor de umidade ao longo do tempo no lisímetro
As pequenas oscilações entre os valores medidos nas amostras P2 e P1 podem ocorrer
em função de variações nas proporções que os materiais com maior ou menor capacidade de
retenção de líquidos podem aparecer nas amostras do resíduo utilizado no presente trabalho.
Como é possível perceber nos resultados apresentados na Figura 46, as umidades no tempo
inicial (semana 1), as quais se referem aos resíduos no estado fresco, variaram muito pouco,
ficando entre 80% e 83%. Valores relatados na bibliografia para lisímetros de campo,
expostos sob condições climáticas brasileiras, apresentam variações na faixa de 40% a 65%
(BIDONE e POVINELLIi, 1999; Monteiro et al., 2003; Cintra, 2003), muito diferente dos
EUA onde comumente os valores variam de 15% a 40% (Tchobanoglous et al., 1993), devido
a composição gravimétrica dos resíduos apresentar menor quantidade de matéria orgânica.
81
No período de monitoramento do lisímetro, que compreendeu 77 dias, a umidade foi
reduzindo lenta e gradativamente até atingir a faixa dos 68%. Essa pequena redução do teor
de umidade pode ser atribuída à perda de água durante o processo de biodegradação, pois uma
parcela da água é perdida através do sistema de drenagem na forma de lixiviado e na forma de
vapor d’água, e outra fração é consumida na formação de biogás. De acordo com
Tchobanoglous et al. (1993), é consumida cerca de 0,165 kg de água para cada metro cúbico
de gás emitido.
Desta forma, a recirculação semanal do lixiviado, apesar de pequena, contribuiu para
que o teor de umidade tenha se mantido na faixa verificada. Segundo Silva et al. (2005), a
faixa de umidade de 70% a 75% aplicada em lisímetros resulta em faixas de pH mais
adequadas para o desenvolvimento da metanogênese.
Os valores médios obtidos por Alcântara (2007) indicaram que a faixa de umidade
mais adequada ao processo de degradação em seu lisímetro em escala de campo variou de
53% a 58%.
De acordo com Munasinghe (1997), a faixa ótima de umidade, dependendo da
composição dos resíduos e das condições ambientais a que estes estão expostos, pode variar
de 40% a 80%. No referido trabalho, foi utilizado como resíduo de preenchimento apenas a
fração orgânica, bem mais homogênea que os resíduos sólidos urbanos usuais e com sua
granulometria reduzida, sendo ainda feita a recirculação do lixiviado para facilitar o processo
de degradação. Por isso os valores de umidade ficaram em uma faixa considerada ótima.
Os dados de aterros experimentais ou mesmo células de campo se referem a ambientes
com maior profundidade, na maioria das vezes sem recirculação de lixiviado e com camadas
de cobertura compostas por materiais sintéticos impermeáveis, o que pode justificar tamanha
variação nos valores relatados por diversos autores para a umidade mais adequada ao processo
de digestão anaeróbia.
4.2.1.3 Temperatura
O monitoramento da temperatura foi realizado através de três sensores instalados na
parte interna do lisímetro e distribuídos em três alturas diferentes, conforme apresentado no
Capítulo 3.
82
Entre os fatores abióticos que interferem nas atividades microbianas durante as fases
de decomposição da fração orgânica dos RSU dispostos em aterros sanitários, a temperatura é
um dos mais relevantes, pois está diretamente ligada ao metabolismo dos microrganismos,
alterando as taxas de conversão do substrato orgânico (ALCÂNTARA, 2007).
Segundo Alcântara (2007) as temperaturas mais elevadas propiciam maior atividade
microbiana, acelerando o processo de biodegradação dos resíduos. Em sistemas de digestão
anaeróbia, existem estreitas faixas de valores para a temperatura que podem ser consideradas
ótimas para maior eficácia da produção de metano, enquanto temperaturas abaixo ou acima
destas faixas podem contribuir negativamente para eficiência do processo.
Através da aquisição dos dados, ficaram registradas as variações de temperaturas para
as diferentes alturas, a partir das médias das medições feitas durante as 24 horas do dia. Os
resultados do monitoramento da temperatura no lisímetro podem ser visualizados na
Figura 47.
Figura 47: Variação da temperatura na massa de resíduos em função do tempo
Segundo Madigan et al. (2002) e Pelczar et al. (1996), as transformações biológicas
sob condições aeróbias são fortemente exotérmicas e liberam grandes quantidades de calor, o
que poderia explicar a elevação média inicial nos primeiros dias de monitoramento, quando
foi registrada uma temperatura máxima média acima dos 20º C. Talvez a existência de um
sistema de isolamento térmico nas paredes do lisímetro evitasse a troca de calor com o
ambiente externo e, assim, se mantivesse uma elevação mais consistente da temperatura, visto
83
que ficaram registradas elevações de temperatura durante o dia e seu decaimento no período
da noite, durante todo o período de monitoramento do lisímetro.
As temperaturas apresentadas neste trabalho tiveram pequena oscilação ao longo do
período monitorado, registrando máximas em torno de 22º C, no início da primeira semana de
monitoramento (setembro), e mínimas de 15º C, no início da primeira semana (setembro) e no
fim da décima-primeira semana (novembro).
De um modo geral, percebe-se pouca variação da temperatura ao longo do período
monitorado, em torno de 7º C entre máximas e mínimas, porém as temperaturas não se
elevaram como esperado a fim de propiciar a intensificação do crescimento dos
microrganismos mesófilos, como relatado por outros autores na bibliografia. Como mostra a
Figura 48, este fato pode ter afetado negativamente o crescimento populacional dos
microrganismos, reduzindo também as taxas de biodegradação dos resíduos sólidos. Com
relação à profundidade, ocorreu um comportamento bastante semelhante nas três diferentes
alturas medidas no lisímetro, não podendo ser feita uma diferenciação entre os diferentes
níveis.
Alguns autores relatam que a temperatura do ambiente não é condicionante da
temperatura interna do aterro. Neste sentido, Coumolous et al. (1995) mediram temperaturas
em aterros em diferentes épocas do ano e concluíram que não existe relação com as oscilações
da temperatura ambiente. No presente trabalho foi observada pequena elevação da
temperatura. Assim sendo, pode-se sugerir que a temperatura do ambiente teve influência
direta nas variações térmicas registradas, devido possivelmente às pequenas dimensões do
lisímetro e à falta de isolamento térmico das paredes do mesmo, o que pode ter facilitado a
troca de calor com o ambiente externo.
Fonte: Adaptado de Madigam et al. (2002).
Figura 48: Indicação da faixa de temperatura predominante no lisímetro
Dados da literatura indicam temperaturas em aterros bem mais elevadas do que as
verificadas no lisímetro. Segundo Alcântara (2007), as temperaturas médias verificadas no
84
interior de seus lisímetros construídos em escala de campo com isolamento térmico, atingiram
45ºC e 55ºC. Segundo Jucá et al. (2005), em suas observações na célula 8 do aterro de
Muribeca (PE), para o período de dezembro de 2004 a março de 2005, os valores registrados
ficaram na faixa de 34º C a 46º C na profundidade de 10,2 metros.
4.2.2 Recalques
No presente trabalho, conforme descrito no capítulo 3, a evolução dos recalques com o
tempo foi medida com a utilização de uma placa metálica apoiada no topo da camada de
resíduos conectada a um encoder incremental fixado na parede de topo do lisímetro.
Os resultados dos recalques acumulados durante o período de monitoramento podem
ser visualizados na Figura 49, referindo-se àqueles medidos a partir do deslocamento diário da
placa metálica acomodada sobre a superfície dos resíduos compactados.
Figura 49: Evolução temporal dos recalques da massa de resíduos
Na Figura 49 pode ser verificado que as curvas de recalques apresentam diferentes
inclinações que sugerem fases distintas de compressão, em função do tempo de aterramento.
O período que antecede o 28º dia de monitoramento foi marcado por elevadas taxas de
recalques. A partir deste tempo se observa uma variação pouco menos acentuada no
comportamento das curvas.
85
Os intensos recalques observados durante o monitoramento fizeram com que os
resíduos, com altura inicial de 1650 mm, sofressem uma redução de 954 mm na sua altura,
correspondendo a uma deformação específica de 57% e, finalmente, compactando-se em uma
massa com espessura final de 696 mm.
As médias semanais dos recalques acumulados ao longo do período monitorado
podem ser observadas na Figura 50.
Figura 50: Evolução dos recalques médios semanais
Considerando o recalque superficial médio, verificado pelo sensor nos primeiros 28
dias de monitoramento, observamos uma velocidade média de 26,8 mm/dia, para um recalque
total de 750 mm, o que significa 80% dos recalques totais. Esses recalques ocorridos nos
primeiros 28 dias podem ser associados a duas fases distintas: (i) fase de compressão imediata
ou instantânea, que é uma redução abrupta dos vazios devido ao incremento de carga, nesse
caso provocada pelo acréscimo da placa metálica de sobrecarga (9,8 kg); (ii) fase de
compressão remanescente, a qual se inicia logo após a deformação imediata dos resíduos
orgânicos, os quais possuem grande deformabilidade. Segundo Alcântara (2007), esses
recalques também seriam devido a mecanismos de reorientação e compressão de materiais
muito deformáveis. Ainda, conforme Morris e Woods (1990), nesses casos de recalques,
ocorre a dissipação das pressões intersticiais de água e gás.
Os recalques imediatos e remanescentes (fase 1 e fase 2) geralmente não são medidos
em aterros sanitários, pois normalmente o período de preenchimento de uma célula demora
algumas semanas ou meses, quando então são instalados os marcos superficiais para
86
monitoramento dos recalques. Segundo Alcântara (2007), estas informações podem ser úteis
do ponto de vista prático, a fim de prever o tempo de elevação das células de um aterro.
A partir dos 28 dias, observou-se a redução no gradiente das curvas de recalques, o
que pode ser associado ao início da fase três, onde os recalques podem ser atribuídos à
degradação mais significativa dos resíduos orgânicos. Se os resíduos fossem compostos por
materiais inertes e considerando que as poro pressões já teriam sido dissipadas, então os
recalques nessa fase poderiam ser atribuído à fluência ou a deformação lenta dos materiais
com incrementos que poderiam ser significativos no inicio, mas que, ao longo do tempo,
tenderiam a valores muito pequenos e que representariam um baixo percentual do recalque
total (ALCÂNTARA, 2007).
4.2.3 Comportamento microbiológico dos resíduos sólidos
O monitoramento microbiológico dos resíduos contidos no lisímetro, conforme
descrito no Capítulo 3, foi executado a partir de duas coletas distintas. Como já mencionado
anteriormente, a amostra P3 não pode ser coletada devido aos excessivos recalques, tomando-
se então uma amostra da parte superior do lisímetro, a amostra P2, a qual foi monitorada
durante as quatro primeiras semanas, até o impedimento de sua coleta devido aos contínuos
recalques, e a outra da parte inferior, a amostra P1. Foram analisados ao longo do período de
monitoramento os microrganismos aeróbios mesófilos totais e os anaeróbios mesofilos totais,
conforme foi apresentado na Tabela 17.
A concentração de microrganismos foi expressa em unidades formadoras de colônias
por grama dos sólidos totais (UFC/g). O trabalho se propôs a monitorar, em amostras de
resíduos sólidos, a evolução temporal da população microbiana envolvidas na biodegradação,
tanto em condições aeróbias como anaeróbias.
Os microrganismos podem ser classificados de acordo com seu metabolismo, em
aeróbios, anaeróbios e facultativos. Enquanto os aeróbios estritos dependem exclusivamente
da respiração aeróbia, sendo o oxigênio o receptor de elétrons, os anaeróbios apenas toleram o
oxigênio. Já as espécies intermediárias podem crescer na presença ou ausência de oxigênio
molecular e, desta forma, são denominadas anaeróbias facultativas (ALCÂNTARA, 2007).
87
A concentração populacional dos microrganismos aeróbios mesófilos totais para a
porção superior P2 e inferior P1 ao longo do período monitorado está apresentada na
Figura 51.
Figura 51: Densidade dos microrganismos aeróbios mesófilos totais
Durante o período de monitoramento, foi possível perceber que em momento algum a
concentração atingiu aquela verificada ao inicio do monitoramento (semana 1). Pode-se dizer
que as condições iniciais dos resíduos, devido a pouca ou moderada compactação,
proporcionou a presença de um significativo volume de ar atmosférico na massa de resíduos,
o que tornou predominantes as condições aeróbias em seu interior por algum tempo. Durante
o processo de biodegradação estabelecido dentro do lisímetro ocorreu competição entre os
diversos grupos de microrganismos e a presença de metabólitos gerados durante a degradação
dos resíduos não foram suficientes para reduzir drasticamente o crescimento dos
microrganismos aeróbios, sendo possível perceber a pequena faixa de variação entre a
máxima e a mínima concentração populacional de microrganismos presentes nas amostras
coletadas. Foi observada a maior concentração para P1 de 4,4 x 10+7 UFC/g aos 7 dias de
monitoramento e a menor de 1,4 x 10+6 UFC/g aos 63 dias.
Já a população dos microrganismos anaeróbios mesófilos totais inicialmente se
apresentou com uma concentração moderada. Logo as concentrações de oxigênio atmosférico
diminuíram e sua concentração populacional aumentou no decorrer do período monitorado,
sendo verificadas concentrações iniciais para P1 da ordem de 5,2 x 10+5 UFC/g logo na 1ª
semana e 3,7 x 10+7 UFC/g no 63º dia monitorado, como pode ser observado na Figura 52, a
88
qual apresenta a evolução populacional dos microrganismos anaeróbios nos resíduos
coletados ao longo do período de monitoramento.
Os microrganismos aeróbios mesófilos e anaeróbios mesófilos possuem um
crescimento interligado, porém inverso, como pode ser visualizado na Figura 53, onde se
encontram plotados os valores referentes ao crescimento microbiano das amostras coletadas
na porção inferior P1, devido ao número de coletas analisadas (11 no total) nesta porta ser
mais representativo quando comparado com a porta P2.
Figura 52: Densidade dos microrganismos anaeróbios mesófilos totais
Figura 53: Comparação da população microbiana aeróbia e anaeróbia
89
Observando a figura, torna-se evidente o que foi mencionado anteriormente, podendo
ainda ser visualizado o grupo dos aeróbios totais decrescendo ao decorrer do tempo e os
anaeróbios aumentando sua concentração populacional nesta mesma escala temporal.
4.2.4 Lixiviado
4.2.4.1 Demanda química de oxigênio
A análise da demanda química de oxigênio (DQO) determina a quantidade de oxigênio
consumido pela oxidação química da matéria orgânica presente na amostra de lixiviado
(Eduardo, 2007). Os resultados das análises para esse parâmetro e suas variações ao longo do
período monitorado estão apresentados na Figura 54, onde se pode observar a existência de
uma grande variabilidade na DQO do lixiviado ao longo do tempo, alternando quedas e
elevações, mas mantendo-se dentro da faixa que varia entre 21400 mg/L O2 a 47800 mg/L O2.
Figura 54: Variação da DQO ao longo do período monitorado
Os valores observados para a DQO neste trabalho variaram em faixas bastante
elevadas quando comparados com os valores observados em aterros sanitários monitorados.
Tanto as elevações quanto as quedas abruptas devem ser atribuídas às características do
90
material utilizado, resíduos de composição 100% orgânica. A grande variabilidade dos valores
observados em aterros sanitários se deve ao fato que quando executado o preenchimento das
células do aterro, essa atividade pode se estender por vários meses. Assim, as análises de
DQO podem ser provenientes do percolado do resíduo degradado de diferentes idades,
podendo variar de poucos dias a muitos meses, enquanto que em lisímetros os resíduos podem
ser comparados com as mesmas idades. Segundo Alcântara (2007), é por esse motivo que em
aterros a redução normalmente ocorre de forma lenta e gradual. A Tabela 19 apresenta valores
observados da DQO para o lixiviado do aterro de Gramacho/RJ, em diferentes trabalhos e
épocas.
Tabela 19:Valores de DQO observados por alguns autores
Autor DQO (mg/L O2)
COPPE – UFRJ (1991) 9590
Cammarota (1994) 6924
Geoprojetos (1995) 8805
Hidroquímica(1997) 3792
Tecma (1998) 2694
Bila (2000) 3096
Fernandes (2005) 2665
Eduardo (2007) 3384
Fonte: Silva (2002); Ritter e Campos (2006); Eduardo (2007).
4.2.4.2 Condutividade elétrica
A condutividade elétrica é um parâmetro que pode ser associado aos sais inorgânicos/
sólidos dissolvidos, configurando-se de fácil controle operacional ou monitoramento
(Eduardo, 2007).
O aumento da concentração destes sais deve ser evitado, principalmente no caso do
lixiviado, pois pode prejudicar os processos biológicos devido ao efeito osmótico sobre os
microrganismos responsáveis pela biodegradação dos resíduos. As altas concentrações de sais
91
nos líquidos percolados em aterros propiciam altas condutividades elétricas, as quais
favorecem o processo eletrolítico (GIORDANO, 2003).
A Figura 55 apresenta os dados de condutividade elétrica observados nas amostras de
lixiviado. Esses valores variam na faixa de 4,56 mS/cm a 8,36 mS/cm. Segundo Eduardo
(2007), normalmente a condutividade elétrica aumenta ao longo dos processos de tratamento
devido à introdução de sais coagulantes e carbonatos/bicarbonatos gerados pela própria
biodegradação da matéria orgânica. Dessa forma, supõe-se que, no caso estudado, há a
precipitação química de sais orgânicos e inorgânicos e, dessa forma, é observada uma baixa
condutividade. No trabalho relatado por Eduardo (2007), os valores para a condutividade
ficaram em torno de 19 mS/cm a 29 mS/cm para o lixiviado bruto, sem tratamento prévio.
Figura 55: Distribuição da condutividade elétrica no lixiviado
4.2.4.3 Nitrogênio amoniacal
O nitrogênio amoniacal é um parâmetro que pode ser utilizado para monitoramento da
contaminação de corpos hídricos, devido a sua solubilidade (EDUARDO, 2007).
A Figura 56 apresenta os dados de nitrogênio amoniacal presentes no lixiviado, que
variaram de 60,3 mg/L a 283,7 mg/L, indicando valores bem acima dos níveis descritos para
lançamento de efluentes líquidos em corpos hídricos, como prevê a resolução CONAMA n.
357 (CONAMA, 2005), a qual permite a emissão de efluentes com até 20 mg/L no corpo
receptor.
92
As altas concentrações de nitrogênio amoniacal presentes no lixiviado podem ser
conseqüência da degradação biológica de aminoácidos e outros compostos orgânicos
nitrogenados durante a fase acetogênica, podendo ocorrer elevadas concentrações de amônia
(Oliveira e Mota, 1998). Estas altas concentrações de amônia no lixiviado podem complicar
os processos de tratamento do lixiviado para atender os padrões da resolução do CONAMA,
devido a sua solubilidade, o que dificulta sua remoção em uma única etapa de tratamento
(GIORDANO, 2003).
Os níveis de nitrogênio amoniacal observados no presente trabalho estão bem abaixo
daqueles descritos por alguns autores na bibliografia. Neste sentido, Eduardo (2007) apresenta
valores para este parâmetro variando na faixa de 1294 mg/L a 1875 mg/L. Ainda, Giordano
(2003) verificou valores sempre na ordem de 103 mg/L no lixiviado bruto.
Figura 56: Variação do nitrogênio amoniacal no lixiviado ao longo do tempo monitorado
93
CAPÍTULO 5. CONCLUSÕES
As conclusões estabelecidas no presente estudo são restritas às condições
experimentais específicas descritas em sua metodologia e ao período de monitoramento
considerado. Dessa forma, a extrapolação para outras situações deve ser feita com cautela,
considerando as singularidades e limitações do experimento projetado especialmente para este
estudo de caso. Os resultados experimentais obtidos no presente trabalho, juntamente com as
discussões referentes à bibliografia consultada, permitem sumarizar as seguintes conclusões a
respeito do ensaio piloto:
5.1 Potencial hidrogeniônico, umidade e temperatura
a) Os valores baixos observados para o pH caracterizam as fases 2 e 3 da biodegradação,
o que corresponde a transição de condições aeróbias para anaeróbias (fase ácida);
b) Apesar da pequena recirculação do percolado, a umidade reduziu lenta e
gradativamente ao longo do período monitorado, atingindo níveis mínimos de até
68%, estando ainda dentro da faixa caracterizada como boa para a atuação dos
microrganismos envolvidos na degradação dos resíduos;
c) As temperaturas verificadas variaram numa estreita faixa de 7ºC ao longo do período
de monitoramento; se observou ainda temperaturas não superiores aos 22º C, o que
pode ter afetado negativamente a taxa de crescimento dos microrganismos mesófilos;
as temperaturas verificadas podem ser consideradas baixas quando comparadas as de
aterros sanitários ou mesmo outros lisímetros, em que são observadas temperaturas
bem acima das verificadas no presente trabalho.
94
5.2 Recalques dos resíduos sólidos
a) A metodologia desenvolvida e utilizada para a medição dos recalques se mostrou
bastante satisfatória e eficiente no decorrer do monitoramento;
b) As curvas tempo-recalque se apresentaram de uma forma bastante semelhante às
obtidas em outros lisímetros, apesar da grande variabilidade na composição
gravimétrica quando se comparam experimentos dessa natureza;
c) Ao início do monitoramento ocorreram significativos recalques, porém, em seguida,
os mesmos evoluíram de forma mais gradual, o que já era esperado, visto que a
composição gravimétrica dos resíduos utilizados era 100% matéria orgânica.
5.3 Microbiologia dos resíduos sólidos
a) O ambiente formado pela massa de resíduos em decomposição na célula experimental
foi propício ao crescimento dos microrganismos aeróbios e anaeróbios;
b) A quantificação dos aeróbios mesófilos totais e dos anaeróbios mesófilos totais
apresentou um comportamento semelhante ao descrito por alguns autores, podendo
ser observado um crescimento interligado entre eles, porém inverso.
5.4 Caracterização do lixiviado
a) O potencial hidrogeniônico do lixiviado se assemelhou bastante ao dos resíduos
sólidos analisados, variando em uma faixa bastante baixa, de 3,4 a 4,7, confirmando
assim a ocorrência da fase ácida no período monitorado;
b) As concentrações de DQO medidas no lixiviado apresentaram significativo acréscimo
da carga orgânica ao longo do período monitorado, devido às características dos
resíduos que compuseram a amostra;
95
c) As baixas concentrações de sais propiciaram uma baixa condutividade elétrica no
lixiviado;
d) Os níveis de nitrogênio amoniacal observados variaram na faixa de 60,3 mg/L a 283,7
mg/L, abaixo daquela descrita por alguns autores que observaram valores da ordem
de 103 mg/L no lixiviado bruto, mas ainda assim acima dos parâmetros exigidos pela
resolução CONAMA nº 357/2005.
96
CAPÍTULO 6. SUGESTÕES PARA NOVAS PESQUISAS
São sugestões para o desenvolvimento de novos trabalhos:
a) Desenvolver um sistema de isolamento térmico nas paredes do lisímetro, ou controlar
a temperatura interna para otimizar o crescimento dos microrganismos mesófilos;
b) Acompanhar o crescimento dos microrganismos anaeróbios mesófilos totais, quanto à
população dos celulolíticos, amilolíticos e proteolíticos;
c) Estudar o crescimento microbiano dos grupos das acetogênicas e metanogênicas
presentes no lisímetro;
d) Estudar a microbiologia do lixiviado proveniente da massa de resíduos, a fim de
identificar os microrganismos predominantes ao longo do monitoramento do sistema
e reconhecer mais precisamente as fases da digestão anaeróbia dos resíduos;
e) Adicionar água ao sistema, baseado nos índices pluviométricos, simulando condições
de pluviosidade real ocorrentes em um aterro, verificando assim, a influência deste
fator nos processos de digestão anaeróbia;
f) Utilizar o lisímetro para analisar os processos de degradação de resíduos com outras
composições de resíduos;
g) Adaptar ao lisímetro um dispositivo que faça medições das quantidades de gases
geradas durante a degradação dos resíduos, bem como a sua qualificação,
determinando quais as concentrações dos gases presentes nas emissões aéreas;
h) Quantificar o teor de sólidos presentes nos resíduos, e também monitorar o potencial
de oxirredução dos resíduos sólidos;
i) Monitorar a variação da massa e inferir sobre a geração de biogás, comparando com
modelos matemáticos.
97
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