III APLICABILIDADE DE PROCESSOS FÍSICO E FÍSICO-QUÍMICO NO TRATAMENTO DO CHORUME DE ATERROS SANITÁRIOS

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1 III APLICABILIDADE DE PROCESSOS FÍSICO E FÍSICO-QUÍMICO NO TRATAMENTO DO CHORUME DE ATERROS SANITÁRIOS Jorge Hamada (1) Prof. Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia de Bauru - UNESP. Engenheiro civil, mestrado e doutorado em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP, pesquisador e consultor na área ambiental especialmente para manejo de resíduos sólidos. Coordenador do Grupo de Estudos de Resíduos Sólidos da Unesp - Bauru. Gilberto Sebastião Castilho Filho Técnico Químico do DAE - Departamento de Água e Esgotos de Bauru. Responsável pelo laboratório de Análise de Águas Residuárias do convênio DAE/FEB-UNESP, atua em atividades de coordenação, coletas e análises água em sistemas de abastecimento público e de esgotos sanitários. Simone Faria Engenheira Civil pela Faculdade de Engenharia de Bauru. Coordenou e desenvolveu os ensaios físicoquímicos de tratabilidade do chorume. Fabrício Henrique Cintra Engenheiro Civil, pós-graduando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial da Faculdade de Engenharia de Bauru - UNESP. Na graduação dedicou-se à iniciação científica sobre tema qualidade de chorume e atualmente desenvolve projetos de sistemas de disposição final de resíduos sólidos. Endereço (1) : Rua Martinha Dal Médico, Bauru - SP - CEP Brasil - Tel: (0xx14) joha@feb.unesp.br RESUMO Devido à cadeia de constituintes existentes no chorume ao longo da vida útil de um aterro sanitário, não se deve considerar uma solução única de tratamento. Ao invés disso, deveria ser empregado uma combinação de processos, com cada um representando uma função específica no tratamento de chorume. O presente estudo teve como objetivo principal avaliar a aplicabilidade do tratamento físico e físico-químico para remoção de matéria orgânica do chorume, medida em termos de DQO e DBO 5, gerado pelo aterro sanitário de Bauru. Os ensaios de coagulação/floculação com sulfato de alumínio e cloreto férrico e de eletrocoagulação mostraram-se pouco eficientes no tratamento do chorume com as características observadas, das quais destacam-se os valores elevados de alcalinidade e cor e baixa relação DBO/DQO. O emprego de auxiliares de floculação não promoveram alterações significativas no processo. As colunas de percolação (infiltração) apresentaram eficiências bastante elevadas na remoção de DQO, sendo, porém, de capacidade muito limitada. Em função das características do líquido estudado, presume-se fortemente que o conteúdo de argila do solo, através da adsorção, tenha sido fundamental para a retenção de substâncias húmicas e outros compostos orgânicos e íons do chorume. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Chorume, Colunas de Percolação, Coagulação-Floculação. INTRODUÇÃO Devido à cadeia de constituintes existentes no chorume, não se deve considerar uma solução única de tratamento. Ao invés disso, deveria ser empregado uma combinação de processos, com cada um representando uma função específica no tratamento de chorume. Para determinar quais componentes são necessários, deve-se observar uma série de etapas essenciais, como descrito na sequência. 1. Estimar a vazão de chorume utilizando algum método de balanço hídrico. 2. Estimar a concentração de contaminantes em função da idade do aterro ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 3. Identificar as opções de tratamento e disposição, considerando-se a qualidade do chorume, limitações de lançamento e custos 4. Selecionar o sistema de tratamento e disposição que reflita as incertezas operacionais e respectiva flexibilização. Alguns autores, como Forgie (1988) sugerem um critério para permitir a decisão na seleção de processos. Quando o chorume apresentar DQO elevada (acima de mg/l), baixa concentração de nitrogênio amoniacal e uma relação DBO/DQO entre 0,4 e 0,8, e uma concentração significativa de ácidos graxos voláteis de baixo peso molecular, o tratamento pode ser efetuado por ambos os processos, ou seja anaeróbio e aeróbio. O tratamento físico-químico neste caso não é indicado. Quando o chorume não apresenta as características representativas de um aterro novo, com DQO entre e e relações DBO/DQO menor que 0,4, presume-se que houve um decréscimo significativo de sua fração orgânica biodegradável. Neste caso, espera-se também uma elevada concentração de nitrogênio amoniacal. Isto significa que, tanto o tratamento aeróbio como anaeróbio podem ser limitados na remoção desses compostos orgânicos. Porém para remoção do nitrogênio amoniacal, o tratamento aeróbio pode ser indicado, auxiliando inclusive na remoção de DBO remanescente. Estudos de Qasim e Burchinal (1970), demonstraram que concentrações de substâncias orgânicas (COT, DQO e DBO) e relações DBO/DQO, são geralmente elevadas durante os estágios mais ativos (iniciais) de decomposição e gradualmente tendem a reduzir conforme o aterro se estabiliza organicamente. Análises de amostras de chorume de aterros mais estabilizados, avaliadas por Chian e dewalle (1975), confirmaram o decréscimo generalizado de ácidos graxos no chorume com o passar do tempo e mostraram que a maior parte do material orgânico estava presente na forma de moléculas do tipo fulvicas refratárias. Somente 0,5% do Carbono Orgânico Total estava presente na forma de material húmico de elevado peso molecular. Estes autores sugerem que esse tipo de chorume, mais estabilizado, pode ser melhor tratado através de processos físicos e químicos, ao invés de processos biológicos. O aterro sanitário de Bauru, cuja denominação mais apropriada seria a de aterro controlado, está em operação há 8 anos e recebe aproximadamente cerca 210 t/dia de resíduos sólidos domésticos. Apresenta um sistema de drenagem de chorume que converge para um tanque situado a jusante da área. Nos períodos de chuva o chorume é recirculado para o aterro, através de um sistema de recalque, cuja bomba situa-se no referido tanque. Estudos preliminares demonstraram que a qualidade do chorume nos meses de julho e agosto manteve-se bastante uniforme, o que permite concluir que o mesmo resulta de sua estagnação ao longo dos meses de estiagem, atingindo relações DBO 5 /DQO menores que 0,3, típicos de aterros antigos. Em outros períodos, essa relação pode atingir valores de 0,7, dependendo dos condicionantes operacionais, relacionados principalmente à localização da frente de disposição. Em linhas gerais o chorume apresenta-se bastante estabilizado, havendo predominância de compostos orgânicos pouco biodegradáveis, com as características citadas por Chian e dewalle (1975), sugerindo o emprego de processos físicos e físico-químicos para seu tratamento. OBJETIVOS Portanto, o presente estudo teve como objetivo principal avaliar a aplicabilidade do tratamento físico e físicoquímico para remoção de orgânica, medida em termos de DQO e DBO 5, do chorume gerado pelo aterro sanitário de Bauru, empregando-se: infiltração em coluna de percolação preparada com o solo típico da região, compactado com densidade natural ensaios de coagulação/floculação em Jar Test utilizando sulfato de alumínio, cloreto férrico e como auxiliares um polieletrólito aniônico e a bentonita ensaio preliminar por eletrocoagulação com placas de alumínio ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 METODOLOGIA O chorume submetido aos ensaios foi coletado no poço de captação e recalque, localizado à jusante do aterro, próximo da estrada de acesso. Para os ensaios de infiltração foram montadas duas colunas de percolação em tubo de PVC marrom com de diâmetro nominal de 100 mm e 1,0 m de altura. As colunas foram preenchidas com uma camada de solo arenoso fino, com as seguintes características: Silte: 8% Areia fina: 67% Areia média: 7% Argila 18% Uma das colunas foi compactada com massa específica natural seca de 1,5 g/cm 3 e a outra com 1,67 g/cm 3, equivalente a um grau de compactação de 70% e 80%, respectivamente, em relação ao Proctor Normal. Cada uma dessas colunas foi alimentada, a cada sete dias, com 340 ml de chorume, cujo valor corresponde à média semanal de precipitação para os seis meses mais chuvosos na região. Tal procedimento se justifica, pois a geração de chorume depende diretamente da precipitação de chuva que ocorre sobre o aterro. Os ensaios de coagulação/floculação foram realizados em equipamento de Jar Test padrão. Esses ensaios foram antecedidos por testes preliminares para estabelecer uma faixa inicial de dosagem mais adequada para cada um dos coagulantes utilizados. Para todos os ensaios, a DQO do chorume bruto esteve próximo a mg/l e a DBO 5 próxima a mg/l. Observando-se a relação DBO/DQO, pode-se concluir que o chorume é pouco biodegradável, com presença de significativa de substâncias húmicas. Como auxiliar de coagulação foi empregado inicialmente um polieletrólito aniônico. Posteriormente, foi efetuada a adição de bentonita, na tentativa de aumentar a eficiência de remoção da cor evidenciada pela predominância de substâncias orgânicas humificadas. Os testes preliminares de eletrocoagulação foram realizados após a definição de uma cuba que está sendo padronizada em laboratório. Para tanto empregou o mesmo recipiente de acrílico utilizado no Jar Test, sendo introduzidos eletrodos de alumínio na forma de placas de 10 x 10 cm. Tanto a intensidade de corrente como a voltagem puderam ser controladas no equipamento utilizado. RESULTADOS Ensaios de Infiltração Em relação aos testes de infiltração, as eficiências de remoção de DQO nas duas colunas testadas foram semelhantes, atingindo valores bastante elevados para a taxa volumétrica aplicada, variando entre 94,5 e 97%, após estabelecida a condição de equilíbrio. Contudo, nessa avaliação da infiltração em colunas, observa-se um limite bastante claro na capacidade de remoção de DQO pelo solo, com queda repentina na eficiência, a partir de um determinado período, que caiu para valores inferiores a 50%, como mostrado na Figura 1. Para verificar essa capacidade, foi elaborada uma análise, em termos de carga de DQO, como indicada na Tabela 1, considerando-se os dias em que foram observadas elevações abruptas deste parâmetro, resultando nos valores indicados na Tabela 2. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 DQO (mgo 2 /l) Dias Efluente 70 Efluente 80 Chorume Bruto Figura 1 Valores de DQO afluente e efluente nas colunas compactadas com 70 e 80% do Proctor Normal. Tabela 1 - Cargas de DQO aplicadas às colunas de percolação. Alimentação DQO Dias Volume (ml) Vol. Acumulado (ml ) Carga de DQO (g) Carga de DQO Acumulada (kg) 21/03/ ,32 0, /03/ ,32 0, /03/ ,12 0, /04/ ,12 0, /04/ ,12 0, /04/ ,10 0, /04/ ,02 0, /05/ ,33 0, /05/ ,42 0, /05/ ,08 0, /05/ ,08 0, /05/ ,79 0, /06/ ,79 0, /06/ ,05 0, /06/ ,02 0,01667 (1) 26/06/ ,10 0,01778 (2) 03/07/ ,29 0, /07/ ,05 0,02012 (1) Saturação observada para a coluna compactada a 70% do Proctor Normal (2) Saturação observada para a coluna compactada a 80% do Proctor Normal ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Tabela 2 - Características físicas e capacidade limite de retenção de carga de DQO das colunas de infiltração. Parâmetro Unidade Colunas 1 2 Carga de DQO acumulada kg 0, ,01778 Grau de compactação % Volume coluna m 3 0, ,00785 Massa específica do solo seco kg/m Massa de solo kg 11,781 13,038 Capacidade de retenção por unidade de massa gdqo/kgsolo 1,415 1,363 Desta forma, um solo com densidade natural teria a capacidade de retenção de 1,415 g de DQO por kg de solo seco. Para um grau de compactação de 80% esta capacidade seria de 1,363 kg de DQO por kg de solo seco. Em valores absolutos uma maior quantidade de solo retém maior quantidade de DQO. Jar Test Os ensaios de Jar Test demandaram elevadas concentrações de coagulantes para que fossem verificadas remoções de DQO e DBO mais significativas, como pode ser observado na Figura 2, referente ao ensaio com sulfato de alumínio. Concentrações de sulfato de alumínio e de cloreto férrico inferiores a 500 mg/l não promoveram alterações significativas na qualidade do sobrenadante, assim como o uso de polieletrólito não iônico não trouxe benefícios sensíveis, exigindo concentrações muito elevadas para que pudesse promover alterações de alguma significância. O mesmo pode ser observado no uso de bentonita. Os melhores resultados obtidos nesses ensaios são apresentados na Tabela DQO sobrenadante Sulfato de alumíno Figura 2 Valores de DQO do sobrenadante após o ensaio com sulfato de alumínio. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Tabela 3 Melhores resultados obtidos com o uso de sulfato de alumínio e cloreto férrico e auxiliares de coagulação. Coagulante Auxiliar Sobrenadante Eficiência (%) Tipo Concentração Polieletrólito Bentonita DQO DBO 5 DQO DBO 5 Sulfato de alumínio ,9 29,8 Sulfato de alumínio ,0 34,4 Cloreto férrico ,0 49,6 Cloreto férrico ,7 43,5 Em linhas gerais, as melhores remoções de DQO e DBO 5 ficaram em torno de 50%, para concentrações muito elevadas de coagulantes, acima de mg/l. Tal condição inviabiliza o uso de coagulantes, pelo menos para a remoção de matéria orgânica, uma vez que além dos custos envolvidos, resulta na produção excessiva de lodo. A formação de grande quantidade de flocos foi proporcional à elevada alcalinidade do chorume bruto (acima de mgcaco 3 /l) utilizado no ensaio. Tal condição corresponde a um consumo de coagulante equivalente, sem que haja desestabilização das partículas existentes, resultando em um processo unicamente de varredura e de pouca eficiência na remoção de compostos humificados, que predominam nesse efluente. A opção pela correção do ph, principalmente no emprego do sulfato de alumínio, também consumiria grandes quantidades de ácido e poderia aumentar a solubilização de metais pesados. Ensaios Preliminares de Eletrocoagulação Estes ensaios foram realizados preliminarmente com o intuito de avaliar o potencial do processo eletrolítico na remoção de matéria orgânica presente no chorume. Tais ensaios foram executados com uma fonte que atingiu cerca de 6 V (DC) e uma corrente elétrica de até 100 A. Pelo fato de se empregar eletrodos de alumínio, observou-se a formação crescente de flocos de hidróxido desse metal, em quantidades proporcionais ao tempo de aplicação da corrente elétrica. Os efeitos produzidos pelo processo foram semelhantes ao emprego de coagulantes, principalmente o sulfato de alumínio, sendo que o consumo de energia foi muito elevado para o volume ensaiado, que era de 2 litros, em um período de tempo de 10 minutos. Nesse intervalo de tempo, a eficiência de remoção de DQO não foi superior a 25%, mostrando que para as condições de ensaio apresentadas, os resultados foram pouco animadores. CONCLUSÕES Os ensaios de coagulação/floculação com sulfato de alumínio e cloreto férrico mostraram-se pouco eficientes no tratamento do chorume com as características apresentadas, das quais destacam-se os valores elevados de alcalinidade e cor devido à substâncias húmicas. Os auxiliares de floculação não promoveram alterações muito grandes no processo. Para se atingir eficiências de remoção de DQO próximas a 50 %, o consumo de coagulante e a formação de grande quantidade de flocos (lodo) mostram que o processo não é viável, pelo menos para a remoção de matéria orgânica. Talvez o processo se justificasse para a remoção de metais pesados, mas devido a elevada alcalinidade, poucos desses íons estariam solubilizados no chorume bruto. Como já se esperava, com base nos testes com coagulantes, o uso da eletrocoagulação com placas de alumínio também mostrou-se inócuo para a potência elétrica aplicada. Embora a condutividade elétrica do chorume seja bastante elevada, trabalhou-se com limites de potência compatíveis com aqueles observados em literatura. As colunas de percolação apresentaram eficiências bastante elevadas na remoção de DQO, sendo, porém, de capacidade muito limitada. Em função das características do líquido estudado, presume-se fortemente que o conteúdo de argila do solo, através da adsorção, tenha sido fundamental para a retenção de substâncias húmicas e outros compostos orgânicos e íons do chorume. Apesar das limitações quanto a uso desta técnica, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 do ponto de vista prático, deve ser lembrado que quando saturado, este material pode ser utilizado na cobertura do aterro e o leito de infiltração ser substituído por outra quantidade de solo, constituindo uma área secundária de armazenamento de material para cobertura. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Forgie, D., Selection of the Most Appropriate Leachate Treatment Methods. Part 1 A Review of Potential Biological Leachate Treatment Methods. Water Pollution Research in Canada 23: , Qasim, S.R., Burchinal, J.C., Leaching from Simulated Landfills. Journal of the Water Pollution control Federation. Vol 42, pp , Chian, E.S.K., DeWalle, F.B., Characterization and Treatment of Leachate Generated form Landfills. Symp. ASChE Symposium Series. Vol 71, pp , ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7