GERAÇÃO DE LIXIVIADOS NA CÉLULA EXPERIMENTAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DA MURIBECA-PE

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1 GERAÇÃO DE LIXIVIADOS NA CÉLULA EXPERIMENTAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DA MURIBECA-PE Laís Roberta Galdino de Oliveira (1) Graduada em Engenharia Agrícola e Ambiental pela Universidade Federal Rural de Pernambuco. Membro do Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco. Régia Lúcia Lopes Graduada em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Mestre em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Professora do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN). Doutoranda no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco. Membro do Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco. Felipe Jucá Maciel Graduado, Mestre e Doutor em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pernambuco. Coordenador técnico do projeto de pesquisa para recuperação Energética do Aterro da Muribeca CHESF/UFPE. Membro do Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco. Maria Odete Holanda Mariano Graduada, Mestre e Doutora em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pernambuco. Especialista em Geotecnia pelo Centro de Estudos e Experimentações de Obras Públicas (Madrid). Professora do Centro Acadêmico do Agreste da Universidade Federal de Pernambuco. Membro do Grupo de Resíduos Sólidos. José Fernando Thomé Jucá Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pernambuco. Mestre em Geotecnia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Doutor pela Universidad Politécnica de Madrid. Professor do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco. Coordenador do Grupo de Resíduos Sólidos. Coordenador do Programa de Monitoramento dos Aterros da Muribeca e Aguazinha. Endereço (1) : Av. Prof. Moraes Rego, Cidade Universitária - Recife - PE. - CEP: Brasil - Tel: +55 (81) Fax: +55 (81) laisgaldino@gmail.com RESUMO Um dos principais problemas ambientais dos aterros sanitários é a produção de lixiviados que pode resultar em contaminação do solo e da água se não tratados ou dispostos inadequadamente, visto que apresenta altas concentrações de matéria orgânica, bem como quantidades consideráveis de metais pesados. Dentre os principais fatores que influenciam na quantidade de lixiviados gerados em a um aterro pode-se citar a ineficiência da cobertura intermediária e final na retenção de líquidos, a pluviometria da região e as condições de biodegradação dos resíduos. A estimativa de geração de lixiviados é importante para a avaliação do sistema de coleta e tratamento nos aterros sanitários e geralmente se faz baseada em métodos empíricos, podendo resultar em valores muito além dos valores reais de geração, causando super dimensionamento das estruturas de coleta e tratamento. Este trabalho tem como objetivo principal avaliar a geração de percolado no aterro experimental da Muribeca-PE, correlacionando-a com as variações climáticas da região. A média de vazão de lixiviados medidos foi 1,67 l/min sendo inferior ao valor estimado em projeto que foi de 3,81 l/min. Observase que as vazões de líquidos lixiviados não são afetadas imediatamente pelas precipitações, levando certo tempo para que seja observada a influência das chuvas sobre a vazão de líquidos gerados e que as variações dos valores de vazões de lixiviados medidos em períodos chuvosos e secos sugerem uma estreita relação entre a precipitação e a vazão de lixiviados e a biodegradação de resíduos. PALAVRAS-CHAVE: Aterros de Resíduos Sólidos, Lixiviado, Precipitação. INTRODUÇÃO Os aterros são tipicamente construídos e preenchidos em camadas de resíduos, intercaladas por camadas de solo. O efeito da construção em camadas e da presença de uma cobertura intermediária e final resulta em 1

2 características de fluxo diferentes no movimento de líquidos e infiltração de água no aterro. Segundo El -Fadel (2002) apud Castilhos Jr (2006) os lixiviados são formados quando o teor de umidade dos resíduos excede sua capacidade de campo,definida como a máxima umidade que é retida em um meio poroso sem produzir percolação. Geralmente são utilizados modelos empíricos para avaliar o balanço hídrico de um aterro sanitário e estimar a geração de líquidos lixiviados. Esses modelos tentam explicar o movimento de umidade em aterros sanitários englobando a infiltração pelas camadas de cobertura e geração de lixiviados a partir dos processos de biodegradação (CATAPRETA, 2008) A estimativa da geração de lixiviados é um fator importante de projetos, pois a partir dos valores de vazão geradas serão dimensionadas as estruturas de coleta e tratamento. Este trabalho tem como objetivo principal avaliar a geração de percolado no aterro experimental da Muribeca-PE, no período de setembro de 2008 a junho de 2010, correlacionando a vazão com as variações climáticas da região, avaliando qualitativamente a influência da precipitação na resposta de geração de lixiviados e a relação entre a altura equivalente infiltrada e a precipitação. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A quantidade e a característica do lixiviado produzido em um aterro sanitário dependem de fatores como condições meteorológicas locais (umidade, precipitação, evaporação, temperatura e ventos); geologia e geomorfologia (escoamento superficial e/ou infiltração subterrânea, grau de compactação e capacidade dos solos em reter umidade); condições de operação do aterro (conformação e cobertura das células, grau de compactação dos resíduos, tipo de equipamento, recirculação de percolado); idade e natureza dos resíduos sólidos (tipo, umidade inicial, nível de matéria orgânica, características); topografia (área e perfil do aterro); qualidade e quantidade de recicláveis e hábitos populacionais (OLIVEIRA & PASQUAL, 2000 apud LINS, 2003). Os líquidos lixiviados nos aterros sanitários podem ser definidos como resultado do processo de fluxo de água desde a camada de cobertura, atravessando a massa de resíduo em decomposição, até atingir as estruturas de coleta. O líquido gerado nos aterros sanitários carreia materiais e substâncias dissolvidas ou suspensas, de origem biológica e química, e da decomposição da matéria orgânica presente nos resíduos sólidos domésticos. Segundo Catapreta (2008) a água que entra na massa aterrada de resíduos pode ser advinda de fontes externas e fontes próprias das quais podemos citar o teor de umidade inicial dos resíduos, o teor de umidade do material de cobertura do aterro, parcela de água da precipitação que se infiltra, recirculação de líquidos, água formada pelos processos de digestão, dentre outras. Qasim & Chiang (1994) afirmam que os fatores que mais influenciam a geração do lixiviado são: precipitação anual, escoamento superficial, infiltração, evaporação, transpiração, temperatura, composição do lixo, peso específico do lixo, umidade contida inicialmente nos resíduos e altura do aterro. O conhecimento da geração de lixiviados é de fundamental importância na definição das estratégias de gestão e procedimentos de tratamento a serem adotadas em projeto. Os métodos mais utilizados são o Método Suíço que utiliza dados operacionais do aterro e características da camada de cobertura, verificando-se a relação entre a precipitação pluviométrica e a geração de líquidos lixiviados, e os Modelos de Balanço Hídrico onde se estima o percolado baseado em um fluxo unidimensional, na conservação de massa, e nas características de transmissão e retenção da cobertura do solo (LINS e JUCÁ, 2003). Muitas vezes a estimativa de geração de lixiviados em aterros sanitários resulta em valores bastante diferentes dos que medidos durante a operação do aterro, geralmente por utilização de dados climatológicos de série histórica defasada ou devido a inadequação dos métodos para as condições da região onde se localiza o aterro e das características dos resíduos. Lins (2003), estudando o aterro da Muribeca-PE, avaliou a geração de lixiviados a partir de uma série histórica de dados climatológicos de 30 anos, através do método do Balanço Hídrico, Método Racional e Método Suíço. 2

3 Nesse estudo, para os meses de déficit hídrico verificado na região nordeste (setembro a janeiro) o lixiviado estimado pelo Método Suíço se aproximou mais dos dados medidos em campo, enquanto que os dois primeiros métodos apresentaram resultados de geração de lixiviados nula, para o período avaliado. Isso se deve as equações utilizadas nos métodos do Balanço Hídrico e Método Racional que levam em consideração a evaporação potencial, que nesses 4 meses superou consideravelmente a precipitação, apresentando um balanço negativo. As vazões pelo método do Balanço Hídrico apresentaram diferenças de 336,8% acima da medida real, atingindo 629,4% acima da medida, no mês de maior precipitação (junho). Para o Método Racional a vazão estimada ficou 239,1% acima da medida real, com valores de 491,4% no mês de junho. O projeto da célula experimental da Muribeca-PE, teve suas estruturas de drenagem de lixiviados dimensionadas com base na vazão estimada pelo método Suíço, supondo uma infiltração de 10% da precipitação média mensal, resultando em uma vazão média de 3,81l/min. Dessa modo esse trabalho busca responder se os valores estimados em projeto se aproxima dos valores medidos durante o período de operação observado e qual a influência da precipitação na geração de lixiviados. MATERIAIS E MÉTODOS Descrição do local de estudo A Célula Experimental é apresentada na figura 01. A área da base é de m 2 e altura máxima de resíduos é de 9 metros, distribuídos em dois patamares com três e seis metros de altura. A capacidade de RSU da célula é de aproximadamente 37 mil toneladas. A geometria dos taludes da célula foi executada com declividade 1(V):2(H), com o objetivo de proporcionar uma maior estabilidade geotécnica (MACIEL, 2009). Os principais elementos que constituem esta célula são: Dique de contenção com altura variando de um a quatro metros e taludes com inclinação de 1(V):1(H); Elementos de drenagem sub-superficial e de monitoramento da camada de resíduo antiga (inferior à base da célula); Camada de base da célula com espessura variando de 0,4 e 0,6 m em solo compactado; Elementos de drenagem vertical e horizontal de líquidos e gases; Camada de RSU desenvolvida em dois patamares com três e seis metros de altura máxima; Camada de cobertura final com espessura de 0,4 a 0,9 m de solo argiloso compactado. O platô possui três tipos de camadas (metanotrófica, barreira capilar e convencional) com diferentes composições de materiais; Elementos de drenagem pluvial no platô superior e nos taludes da célula. Célula Experimental da Muribeca Figura 01: Vista aérea da Célula Experimental da Muribeca (MACIEL, 2009) 3

4 Medição da produção de percolado do Aterro Experimental A determinação da vazão do lixiviado em campo foi realizada através de medições semanais em poço de jusante, que recebe toda contribuição da drenagem de base da Célula Experimental. O método utilizado consistiu em preencher, parcialmente, um Becker plástico graduado, durante cerca de 30 segundos, com o tempo marcado em cronômetro digital como mostrado na figura 02. Esse procedimento era repetido no mínimo três vezes obtendo-se a média semanal da vazão através da relação vazão por tempo. Figura 02: Determinação da vazão do lixiviado. Dados climatológicos Os dados climatológicos foram obtidos através da estação Recife -Curado (INMET), que localiza-se a cerca de 10 km do Aterro. RESULTADOS E DISCUSSÃO A figura 03 apresenta a variação da vazão do lixiviado em função da precipitação mensal após o enchimento e cobertura da Célula Experimental, para um período 29 meses (fev/08 a jun/10). 160,0 7,50 140,0 Precipitação Diária (mm) 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 5,00 2,50 Vazão Semanal(l/min) 20,0 0,0 0,00 1-fev-08 2-mar-08 1-abr-08 1-mai mai jun jul ago set out nov dez jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez jan fev mar abr mai jun jul-10 Figura 03: Precipitação versus Vazão do lixiviado Célula Experimental da Muribeca. 4

5 Os resultados sugerem que a variação na geração de lixiviado tem relação direta com a variação na precipitação, no período monitorado, porém vem diminuindo ao longo do tempo. Essa variação se dá de acordo com as condições de saturação que se encontram tanto o solo de cobertura quanto a massa de resíduos. Observa-se que as vazões de líquidos lixiviados não são afetadas imediatamente pelas precipitações, levando certo tempo para que seja observada a influência das chuvas sobre essa vazão. O tempo para que haja aumento na vazão em decorrência do aumento da precipitação indica uma capacidade de armazenamento tanto na camada de cobertura quanto na massa de resíduos, pelo fato dos mesmos se encontrarem não saturados nos períodos anteriores aos períodos de alta precipitação, amortecendo assim o percentual no incremento de vazão. Da mesma forma, quando há um decréscimo na precipitação, a diminuição na vazão só se dá quando toda a umidade excedente é drenada, devido a saturação da massa de resíduos. No período monitorado a faixa de vazão de lixiviado medida na Célula Experimental foi de 0,44 l/min a 6,45 l/min. Catapreta (2008) estudando um aterro experimental em Belo Horizonte obteve variação de vazão de 0,02 l/min a 2,6 l/min como foi observado por Maciel (2009) concluindo que este fato está relacionado com índice pluviométrico haja vista em Recife apresentar média anual de mm e Belo Horizonte de mm e com a quantidade de resíduos aterrados na célula experimental da Muribeca ( ton) que é superior a do aterro experimental de Belo Horizonte/MG (8.600 t). De acordo com Maciel (2009), os picos de vazão observados no monitoramento podem estar associados à dissipação ou alívio de pressões internas de gases e/ou precipitações pontuais de grande intensidade. Nesse período monitorado (fevereiro de 2008 a junho de 2010) a célula experimental apresentou valores de vazão inferiores a 1,92 l/s em 75% das medições, bem abaixo da vazão estimada no dimensionamento da estrutura de drenagem. A vazão de lixiviado utilizada para o dimensionamento do sistema de drenagem da Célula Experimental foi de 3,8 l/min, que é superior a média observada ao longo de todo período de monitoramento que foi de 1,67 l/s. Isso demonstra a necessidade de se utilizar métodos mais precisos para determinação das vazões que levem em consideração outros parâmetros além da pluviometria tais como capacidade de retenção de umidade tanto pelas camadas de cobertura quanto pelos resíduos, além das condições de saturação dos resíduos nos períodos posteriores aos meses de maior precipitação. Isso se faz importante, tendo em vista que a partir das vazões estimadas é que são dimensionadas as estruturas de drenagem e tratamento. No caso da célula experimental da Muribeca foi considerada uma vazão média em função de uma taxa de infiltração de 10% da precipitação mensal de referência. Transformando-se as vazões mensais em altura infiltrada pela área total do aterro (5.881,4 m 2 ) há uma grande variação na relação altura infiltrada/precipitação devido às condições de saturação do meio (camada de cobertura e massa de resíduos) nas alternâncias entre período chuvoso e período seco. Para meses com precipitação acima de 200 mm a relação altura infiltrada/precipitação se situou abaixo de 5% e para precipitações mensais abaixo de 50 mm a relação infiltrada/precipitação se situou acima de 15%, com picos de até 50% em três meses com precipitação inferior a 20 mm, e que se seguiam a meses de baixa precipitação. Dessa forma conclui-se que, a geração de lixiviados nos meses de balanço hídrico negativo se deve ao excesso de umidade na massa de resíduos devido a infiltração nos meses de excedente hídrico, até que se atinja uma condição de não saturação da massa de resíduos, diminuindo assim a vazão de lixiviados. Dando continuidade às análises de Maciel (2009) a tabela 01 mostra os resultados médios da vazão de lixiviado em diferentes épocas do ano. Tabela 01: Variação da vazão de lixiviado entre períodos secos e chuvosos PERÍODO DO MONITORAMENTO VAZÃO MÉDIA DO LIXIVIADO (litros/min) 1º período chuvoso (mar/08 a ago/08) 2,23±0,8 1º período seco (set/08 a jan/09) 1,27±0,8 2º período chuvoso (fev/09 a ago/09) 1,81±0,95 2º período seco (set/09 a fev/10) 0,77±0,46 3º período chuvoso* (mar/10 a jun/10)* 1,31±0,84 *até junho 5

6 Para o primeiro período chuvoso (fevereiro a agosto/2008) a vazão foi superior a do primeiro período seco (setembro/2008 a janeiro/2009), como era de se esperar, assim como do segundo período chuvoso (fevereiro a agosto/2009) para o segundo período seco (setembro/2009 a janeiro/2010), no entanto as vazões, vem diminuindo ao longo do tempo. No primeiro período chuvoso o excedente hídrico foi de 1.743,3 mm e no primeiro período seco o déficit hídrico foi de 471,9 mm. Como mencionado em Maciel (2009) a diferença de vazão nestes dois períodos foi de aproximadamente 43,0% estando esse valor coerente com os resultados obtidos por Catapetra (2008) no Aterro Experimental de Belo Horizonte/MG que determinou 45,5% de redução no primeiro ciclo chuvoso-seco. Avaliando-se a vazão entre o primeiro e o segundo período chuvoso verifica-se uma diminuição de 18,8% para uma variação de excedente hídrico de 1.743,3 mm no primeiro período para 1.278,5 mm no segundo período. De acordo com Maciel (2009) a diminuição de vazão entre períodos chuvosos pode estar relacionada a dois fatores: (i) balanço hídrico e/ou (ii) menor atividade de decomposição dos resíduos, resultando em menor quantidade de líquidos produzidos no interior da célula. A vazão do lixiviado no primeiro período seco (setembro/08 a janeiro/09) foi 39,3% superior ao segundo período seco (setembro/09 a fevereiro/10) e o déficit hídrico entre os dois períodos foi similar, com diferença de apenas 17 mm, ou seja, tal fato sugere que a diminuição da vazão entre esses dois períodos secos está relacionada com excedente hídrico no período anterior e na decomposição dos resíduos. Em analise do aterro experimental de Belo Horizonte Catapetra (2008) constatou que a vazão de lixiviado no primeiro período seco foi 51,8% maior que no período seco seguinte, com isso o autor sugeriu a justificativa da influência da decomposição dos resíduos na geração de lixiviado (MACIEL, 2009). CONSIDERAÇÕES FINAIS O projeto da célula experimental da Muribeca-PE, teve suas estruturas de drenagem de lixiviados dimensionadas com base na vazão estimada pelo método Suíço, supondo uma infiltração de 10% da precipitação média mensal, resultando em uma vazão média de 3,81l/min. No período monitorado a vazão média foi de 1,67l/min com 75% das medidas com valores inferiores a 1,92 l/min, o que demonstra que os métodos de estimativa de geração de lixiviados precisam ser mais aprimorados haja vista a grande variabilidade nas taxas de infiltração observadas no período. Métodos que levem em consideração as taxas de geração de lixiviados através dos processos de biodegradação devem ser considerados, pois os métodos baseados apenas em dados de balanço hídrico ou precipitação apresentam grandes erros entre os valores estimados e medidos. Observa-se que as vazões de líquidos lixiviados não são afetadas imediatamente pelas precipitações, levando certo tempo para que seja observada a influência das chuvas sobre a vazão de líquidos gerados, devido a não saturação das camadas de cobertura e dos resíduos. No caso da célula experimental da Muribeca para o período avaliado, as taxas de geração de lixiviados vêm diminuindo, entre os períodos chuvosos, e da mesma forma entre os dois períodos secos monitorados e se deve em grande parte as diferenças entre o excedente hídrico e déficit hídrico em cada um dos períodos além da diminuição da geração de lixiviados por processos de biodegradação. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CASTILHOS JÚNIOR, A. B.; LANGE, L. C.; GOMES, L. P.; PESSIN, N. (org.). Resíduos sólidos urbanos: aterro sustentável para municípios de pequeno porte. Rio de Janeiro: ABES / RiMa, 2003, 294 p. 2. CATAPRETA, C. A. A. Comportamento de um Aterro Sanitário Experimental: Avaliação da influência do projeto, construção e operação. Belo Horizonte, Tese de Doutorado - Universidade Federal de Minas Gerais. 6

7 3. LINS, E. A. M. (2003) A utilização da capacidade de campo na estimativa do percolado gerado no aterro da Muribeca. Recife, Dissertação de Mestrado Universidade Federal de Pernambuco 4. LINS, E. A. M. (2003); JUCÁ, J. F. T. A utilização de métodos empíricos para a estimativa do percolado gerado no aterro da Muribeca. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 22, 2003, Joinvile, SC. Anais... Joinvile: ABES, MACIEL, F. J. Geração de Biogás e Energia em Aterro Experimental de Resíduos Sólidos Urbanos. Recife, Tese de Doutorado - Universidade Federal do Pernambuco 6. QASIM, S. R.; CHIANG, W. Sanitary Landfill Leachate - Generation, Control and Treatment. Lancaster, Pennsylvania: Technimic Publishing Co, Inc., 1994, 323p. 7