VARIAÇÃO DA COMPOSIÇÃO DOS LÍQUIDOS PERCOLADOS DO ATERRO SANITÁRIO DE SÃO GIÁCOMO - CAXIAS DO SUL - RS

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1 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 VARIAÇÃO DA COMPOSIÇÃO DOS LÍQUIDOS PERCOLADOS DO ATERRO SANITÁRIO DE SÃO GIÁCOMO - CAXIAS DO SUL - RS Neide Pessin (1) Biólogo. Mestre em Engenharia Civil na área de Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo. Professora do Departamento de Engenharia Química do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade de Caxias do Sul e pesquisadora do Programa de Estudos e FOTO Pesquisas Aplicadas em Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da Universidade de Caxias do Sul - Caxias do Sul - RS. Arthur Roberto Silva Químico. Mestrando em Engenharia Civil na área de Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo. Bolsista do CNPq. Coordenador do Projeto Remediação do Vazadouro de São Giácomo ( ). Pesquisador e colaborador do Programa de Estudos e Pesquisas Aplicadas em Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da Universidade de Caxias do Sul - RS. Isalmar Brustolin Engenheiro Químico. Especialista em Projetos de Tratamentos de Resíduos Industriais Sólidos, Líquidos e Gasosos pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Responsável Técnico pelo Laboratório de Saneamento da Universidade de Caxias do Sul e pesquisadora do Programa de Estudos e Pesquisas Aplicadas em Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da Universidade de Caxias do Sul - RS. Suzana Maria De Conto Mandelli Engenheiro Químico. Mestre em Engenharia Civil na Área de Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo. Doutoranda em Educação pela Universidade Federal de São Carlos. Professora do Departamento de Engenharia Química do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade de Caxias do Sul e Coordenadora do Programa de Estudos e Pesquisas Aplicadas em Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da Universidade de Caxias do Sul - Caxias do Sul - RS. Cláudia Teixeira Panarotto Biólogo. Mestre em Engenharia Civil na Área de Recursos Hídricos e Saneamento pela Universidade Estadual de Campinas. Doutoranda em Engenharia Civil pela Universidade de Sherbrook, Canadá. Bolsista do CNPq. Professora do Departamento de Engenharia Química do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade de Caxias do Sul e pesquisadora do Programa de Estudos e Pesquisas Aplicadas em Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da Universidade de Caxias do Sul - RS. Ende reço (1) : Universidade de Caxias do Sul - Centro de Ciências Exatas e Tecnologia - Rua Francisco Getúlio Vargas, Caxias do Sul - RS - CP CEP: Tel: (54) ramal Fax: (54) ramal npessin@ucs.tche.br. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1686

2 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 RESUMO Esse trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento de alguns parâmetros físicos, químicos e físico-químicos dos líquidos percolados de uma das células de aterramento de resíduos sólidos de origem domiciliar do aterro sanitário de São Giácomo, no município de Caxias do Sul - RS. As amostras dos líquidos percolados foram coletadas mensalmente durante o período de dezembro de 1994 a abril de Após a coleta foram realizadas as análises em laboratório para determinar os seguintes parâmetros: ph, alcalinidade, condutividade, DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), teor de sólidos (totais, suspensos e dissolvidos), nitrogênio (total e amoniacal), fosfato, prata, arsênico, cádmio, cromo, cobre, ferro, manganês, níquel, chumbo, selênio, estanho, zinco e mercúrio. O acompanhamento sistemático da composição desses líquidos permitiu constatar o potencial poluidor dos líquidos percolados, uma vez que foram detectadas concentrações expressivas de metais e de matéria orgânica (expressa pela DQO). O comportamento dos parâmetros monitorados permitiu observar uma redução drástica da DQO desses líquidos após 4 dias de operação da célula de aterramento. A partir de então, os níveis de DQO mantêm-se constantes, embora a célula continue recebendo resíduos a uma taxa de aproximadamente 2 toneladas por dia. A atividade biológica desenvolvida no interior da célula de aterramento foi constatada pela conversão do nitrogênio orgânico para a forma amoniacal (86%) e pelas expressivas concentrações de metano (53,2%) detectadas nos efluentes gasosos. Com base nos resultados obtidos no monitoramento e considerando as observações realizadas in loco, pode-se afirmar que a célula de aterramento estudada apresenta um comportamento análogo a um filtro biológico, operando em regime de carregamento contínuo e produzindo grande quantidade de gás. PALAVRAS-CHAVE: Líquidos Percolados, Estabilização de Resíduos Sólidos, Aterro Sanitário, Monitoramento Ambiental. INTRODUÇÃO Os resíduos sólidos de origem domiciliar e comercial coletados no município de Caxias do Sul, excluindo os oriundos do programa de coleta seletiva, são atualmente destinados ao aterro sanitário de São Giácomo. As obras de implantação do aterro sanitário iniciaram em novembro de 1991, após a remediação de 1,4 hectares de área impactada pela disposição descontrolada de resíduos durante o período de 1989 a 199. A primeira célula de aterramento denominada de C1 (área remediada), compreendeu a co-disposição dos resíduos existentes no local, com resíduos provenientes da coleta diária realizada pelo poder público municipal. Essa célula foi dotada de drenagem para líquidos e gases e impermeabilizada lateralmente. Após o término da disposição de resíduos nessa célula foram implantadas duas novas células denominadas de C3 e C4. Em todas as células os resíduos foram compactados em rampa com inclinação de talude 1:3 e cobertos com material argiloso. Além dos sistemas de drenagem para os líquidos e gases, as células receberam impermeabilização de fundo, sendo a célula C3 impermeabilizada com argila compactada e a célula C4 com manta de polietileno de alta densidade (PEAD). 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1687

3 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 Todas as fases de remediação da área e implantação do aterro sanitário foram monitoradas pela Universidade de Caxias do Sul. Nesse monitoramento foi possível constatar a redução da carga poluidora dos líquidos percolados, à medida que se processavam os estágios da estabilização dos resíduos aterrados (TEIXEIRA et. al.[1]). A quantidade, ou fluxo volumétrico, de líquidos percolados e sua composição estão condicionados a uma série de fatores podendo ser destacados: o tipo e a idade dos resíduos, a técnica de manejo, condições climáticas e hidrogeológicas do sítio, construção e operação do sistema (JOHANSEN e CARLSON [2], ROBINSON e MARIS [3], FULLER et al. [4], LEMA et al. [5] e CLEMENT [6]). Nesse sentido o monitoramento de líquidos percolados torna-se uma ferramenta de grande importância para o acompanhamento do processo de estabilização de resíduos e análise dos riscos ambientais associados ao seu manejo. O presente trabalho examina os dados obtidos no monitoramento dos líquidos percolados da célula de aterramento C4 do aterro sanitário de São Giácomo. Essa célula está em operação desde novembro de 1994, tendo recebid o aproximadamente 145. toneladas de resíduos sólidos até abril de Os dados ora apresentados foram obtidos por meio de amostragens mensais e determinações de parâmetros físicos, químicos e físico-químicos dos líquidos percolados dessa célula. MÉTODO As amostras de líquidos percolados foram coletadas no poço de captação da célula C4. Nesse poço são armazenados temporariamente os líquidos oriundos do sistema de drenagem distribuído no interior da célula. O período de realização do monitoramento desses líquidos foi de dezembro de 1994 a abril de 1997, com freqüência mensal de coleta. As amostras foram coletadas com o auxílio de uma garrafa coletora e acondicionadas em garrafas plásticas previamente lavadas com solução de ácido clorídrico e água destilada. As análises foram desenvolvidas junto ao Laboratório de Saneamento da Universidade de Caxias do Sul. Os parâmetros determinados nas amostras de líquidos percolados foram os seguintes: ph, alcalinidade, condutividade, DQO, DBO, teor de sólidos (totais, suspensos e dissolvidos), nitrogênio (total e amoniacal), fosfato, prata, arsênio, cádmio, cromo, cobre, ferro, manganês, níquel, chumbo, selênio, estanho, zinco e mercúrio. Os procedimentos analíticos para o desenvolvimento dessas análises foram os mesmos recomendados pela APHA, AWWA & WPCF [7]. Os resultados obtidos permitiram estabelecer intervalos de variação da composição dos líquidos percolados, e sua correlação com o avanço do processo de estabilização dos resíduos ao longo do tempo de disposição na célula de aterramento. As amostras dos gases gerados na célula de aterramento foram coletadas por sucção. Para tal foi utilizado um sistema de vasos comunicantes contendo solução diluída de ácido sulfúrico estabilizada com cloreto de sódio. Para verificar o teor de acidez da solução confinante foi utilizado o indicador vermelho de metila. A composição do gás foi determinada utilizando um equipamento tipo Orsat, durante os 23 primeiros meses de monitoramento, sendo posteriormente substituído por um cromatógrafo. As técnicas envolvidas nas análises foram executadas em conformidade com as recomendações da APHA, AWWA & WPCF [7]. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1688

4 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 RESULTADOS E DISCUSSÃO Características dos Líquidos Percolados e Implicações Ambientais Conforme apresentado na Tabela 1, as características dos líquidos percolados apresentaram-se fora dos padrões de emissão estabelecidos pelo Órgão Estadual de Controle Ambiental do Rio Grande do Sul (FEPAM)[8], detectando-se concentrações superiores aos limites máximos estabelecidos pela legislação. Assim, fica caracterizada a necessidade de tratamento desses líquidos antes de seu lançamento no meio ambiente. No Aterro Sanitário São Giácomo-Caxias do Sul/RS, os líquidos percolados são tratados utilizando-se um filtro biológico anaeróbio associado a técnica de recirculação de líquidos para o interior das células de aterramento. A adoção desse procedimento tem o objetivo de reduzir a concentração de matéria orgânica degradável por meio da atividade biológica desenvolvida no interior da célula de aterramento. Paralelamente, a recirculação dos líquidos destina-se ao favorecimento da manutenção de condições ambientais (ph, umidade e nutrientes) adequadas ao desenvolvimento das espécies anaeróbias presentes no interior da célula. É possível que a recirculação de líquidos favorece, ainda, os processos físicos, químicos e físico-químicos associados à neutralização, adsorsão e precipitação das espécies inorgânicas presentes nos líquidos. Embora não seja o objetivo principal deste trabalho, convém ressaltar que a recirculação de líquidos percolados, apresentada por vários autores como forma de tratamento, ou pré tratamento de líquidos percolados ROBINSON & MARIS [3], tem se mostrado efetiva no caso de Caxias do Sul, configurando-se como uma alternativa muito útil no manejo desses líquidos. Embora de difícil execução e requerendo cuidados especiais para sua realização, a recirculação apresentar-se de forma benéfica ao sistema, uma vez que auxilia na redução da carga orgânica do percolado, e consequentemente, viabiliza a etapa posterior de tratamento (físico-químico) dos líquidos percolados. Baseado em modelos convencionais, o tratamento físico-químico adotado consiste em operações de coagulação, floculação, sedimentação, filtração e oxidação, as quais têm possibilitado a remoção de parcelas significativas dos metais presentes no líquido e, de forma menos efetiva, remoção de matéria orgânica remanescente. Segundo ARRUDA et.al. [9] a eficiência do tratamento físico-químico tem atingido valores da ordem de 6% para os metais e 3% para matéria orgânica, medida em termos de DQO. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1689

5 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 Tabela 1: Intervalos de variação dos parâmetros determinados nos líquidos percolados da célula C4 no período dezembro de 1994 a abril de 1997 e respectivos padrões de emissão segundo legislação estadual Portaria 1/89-SSMA [8]. Parâmetro Monitorado Intervalo Observado Padrão de Emissão [8] Mínimo Máximo ph 5,71 8,4 entre 6, e 8,5 DQO (mg/lo 2 ) 588, 49.68,? 45, DBO 99, ,? 2, Nitrogênio Total (mg/l) 143, , 1, Nitrogênio Amoniacal (mg/l), ,3 -- Nitrogênio orgânico (mg/l) 7,8 887,5 -- Alumínio (mg/l),19 15,46 1, Bário (mg/l),112 9,696 5, Cádmio (mg/l) <,3,216,1 Cromo Total(mg/L),3,325,5 Chumbo (mg/l) <,26 5,716,5 Cobre (mg/l),8 2,41,5 Ferro (mg/l) 5,86 24,322 1, Manganês (mg/l),43 2,74 2, Níquel (mg/l),63 2,33 1, Zinco (mg/l),81 3,215 1, Evolução do Processo de Estabilização de Resíduos e Composição de Líquidos Percolados A partir dos resultados apresentados na Figura 1, pode-se observar uma redução drástica na concentração de matéria orgânica (DQO), presente no líquido percolado, a partir de 4 dias de disposição de resíduos na célula de aterramento. É possível que essa redução tenha ocorrido devido às alterações realizadas nas dimensões da célula de aterramento (ampliação da célula devido as modificações no projeto), decorrendo com isso um aumento no tempo de residência dos líquidos no interior dessa célula. As freqüentes recirculações de líquidos também têm contribuído para a redução e homogeneização da concentração de matéria orgânica nos líquidos percolados. A Figura 2 fornece um bom indicativo da atividade biológica desenvolvida na célula de aterramento, na qual observa-se que as concentrações de nitrogênio amoniacal são muito superiores às concentrações de nitrogênio orgânico, demonstrando a transformação biológica desse nutriente. Outro indicativo das boas condições de desenvolvimento microbiológico no interior da célula de aterramento é a evolução da composição dos gases gerados no sistema apresentados na Tabela 2. Pode-se observar que as concentrações de gás metano produzido na Célula C4 têm aumentado progressivamente ao longo do tempo de disposição dos resíduos. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 169

6 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 Tabela 2: Evolução da composição média dos gases produzidos na célula C4. Tempo de operação (dias) CH4 (%V) 21, 27, 31, 41, 32, 47,2 43,8 53,2 CO2 (%V) 44,5 33,6 39, 35, 35,8 32,3 3, 39,9 O acompanhamento sistemático da composição dos líquidos percolados provenientes da célula C4 permitiram constatar o elevado potencial poluidor dos mesmos, uma vez que foram detectadas concentrações expressivas de matéria orgânica e de metais. A DQO, por exemplo, variou de a 6 mgo 2 /L, enquanto alguns metais apresentaram as seguintes concentrações máximas: ferro (24,32 mg/l); zinco (3,215 mg/l); cádmio (,216 mg/l) e chumbo (5,716 mg/l). A observação da Figura 3 demonstra claramente as fases acetogênica e metanogênica do processo de estabilização dos resíduos e os respectivos valores de ph observados em cada uma delas. A diferenciação das fases foi baseada na relação DBO:DQO, para que os efeitos de diluição causados pela infiltração de água fossem minimizados. Foi adotado o valor de referência DBO:DQO=,4 para definir a mudança de fase, conforme ROBINSON [1]. Como pode ser observado na Figura 3, a relação DBO:DQO mantém-se, nos últimos meses, em valores inferiores a,4. Esse fato indica a predominância da fase metanogênia, muito embora, todas as fases do processo de degradação estejam ocorrendo simultaneamente, uma vez que cargas de resíduos novos são dispostos diariamente na célula de aterramento. Ainda com relação à Figura 3, é importante observar que a manutenção do ph dos líquidos percolados no intervalo de 7,5 a 8,5 indica que há uma forte tendência ao tamponamento do sistema, cujos principais responsáveis podem ser os equilíbrios carbonato/bicarbonato e amônia/íon amônio, os quais contribuem significativamente para a manutenção de uma elevada alcalinidade. Ao que parece, esse tamponamento está sendo benéfico para o desenvolvimento dos microrganismos metanogênicos uma vez que observa-se uma intensa produção de gases com elevadas concentrações de metano, conforme apresentado na Tabela 2. A atenuação das concentrações de alguns metais presentes nos líquidos percolados pode ser observada por meio das Figuras 4 e 5, nas quais é nítida a tendência ao decréscimo com exceção do ferro que tem se mantido em concentrações elevadas. Uma das causas e talvez a principal delas, é a característica do material de cobertura utilizado no aterro, o qual apresenta elevadas concentrações de ferro e estaria contribuindo para o aumento da concentração deste metal nos líquidos percolados. Com base nos resultados discutidos até o momento e considerando as observações realizadas in loco, pode-se afirmar que a célula de aterramento estudada tem apresentado um comportamento análogo a um filtro biológico operando em regime de carregamento contínuo e produzindo grandes quantidades de gás. Esta afirmação é ainda consubstanciada pelo fato de que durante o período de monitoramento, a célula encontrava-se em operação recebendo diariamente cerca de 22 toneladas de resíduos, o que corresponde aproximadamente a 12 toneladas/dia de matéria orgânica putrescível. Além disso, recirculações periódicas do líquido percolado para o interior da célula podem fornecer quantidades adicionais de nutrientes e microrganismos, que de outra forma podem ser descartados do sistema. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1691

7 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 Em síntese, é útil destacar a relevância dessa pesquisa, uma vez que a mesma foi desenvolvida em condições reais de disposição de resíduos sólidos (técnica de aterramento celular), o que permitiu a observação direta do fenômeno de degradação desses resíduos e a identificação de variáveis que intervêm no processo de estabilização dos mesmos. Figura 1: Variação da DQO (mg/l) dos líquidos percolados da célula de aterramento C4 ao longo do tempo de disposição dos resíduos. DQO(mgO2/L) Figura 2: Variação da concentração de nitrogênio orgânico e amoniacal dos líquidos percolados da célula de aterramento C4 ao longo do tempo de disposição dos resíduos. 14, 12, 1, mg/l 8, 6, 4, 2,, 5 N (amoniacal) N (orgânico) 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1692

8 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III - 26 Figura 3: Variação da relação DQO/DBO e ph dos líquidos percolados da célula de aterramento C4 ao longo do tempo de disposição dos resíduos. 1,,8 Acetogênico 8, DBO/DQO,6,4 6, 4, ph DBO/DQO ph,2 Metanogênico 2,, , Figura 4: Variação da concentração de metais cromo, níquel chumbo e zinco, no líquidos percolados da célula de aterramento C4 ao longo do tempo de disposição dos resíduos. 6 5 mg/l Cr Ni Pb Zn Figura 5: Variação da concentração de metais alumínio, bário, ferro e manganês nos líquidos percolados da célula de aterramento C4 ao longo do tempo de disposição dos resíduos. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1693

9 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental III mg/l 15 1 Al Ba Fe Mn 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA TEIXEIRA, C.E.; MANDELLI, S.M.De C.; PESSIN, N & BRUSTOLIN, I. Monitoramento ambiental e do processo de área degradada por resíduos sólidos urbanos e do aterro sanitário de São Giácomo - Caxias do Sul-RS. 2. JOHANSEN, O.J., CARLSON, D.A. Characterization of sanitary landfill leachates. Water Research, (1), pp , ROBINSON, H.D., MARIS, P.J. Leachate from domestic waste: generation, composition and treatment. A review, WCR-Technical Report-TR 18, March, FULLER, W.H., ALESII, B.A., CARTER, G.E., Behavior of municipal solid waste leachate, I. composition variations, Journal Environment Science Health Letters, (14), (6), pp , LEMA, J.M., IBANEZ, E., CANALS, J. Anaerobic treatment of landfill leachates: kinetics and stoichiometry. Environment Tecnology Letters, v.8, pp , CLEMENT, B.. Physical-chemical caracterization of 25 french landfill leachates, In Proceedings Sardinia 95, Fifth International Landfill Symposium. Caligari (Italy): CISA, pp , APHA, AWWA & WPCF. Standard methods for examination of water and wastewater. Washington (U.S.A.): Joint Editorial Board, Secretaria de Saúde e Meio Ambiente do Estado do R.S.- Governo do Estado do Rio Grande do Sul/PORTARIA 1/89-SSMA, ARRUDA, A.C.; TEIXEIRA, C.E.; MANDELLI, S.M.De.C. & PESSIN,N. Sistema de Líquidos percolados implantados no aterro sanitário de São Giácomo-Caxias do Sul- RS. In Anais do I Simpósio Internacional de Qualidade Ambiental Porto Alegre (RS). pp 65-68, ROBINSON, H.D. The development of methanogenic conditions within landfill waste and effects on leachate quality. Inc Proceedings Sardinia 89 - Second International Landfill Symposium, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1694