RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS: ATUAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS: ATUAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO LETÍCIA DE MOURA SOUSA UBERLÂNDIA MG 2014

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS: ATUAIS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO LETÍCIA DE MOURA SOUSA Monografia de graduação apresentada à Universidade Federal de Uberlândia como parte dos requisitos necessários para a aprovação na disciplina de Projeto de Graduação do curso de Engenharia Química. UBERLÂNDIA MG 2014

3 MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DA MONOGRAFIA DA DISCIPLINA PROJETO DE GRADUAÇÃO DE LETÍCIA DE MOURA SOUSA APRESENTADA À UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA EM 14 DE MARÇO DE BANCA EXAMINADORA: Profª. Dra. Patrícia Angélica Vieira Orientadora (FEQUI/UFU) Profª. Dra. Márcia Gonçalves Coelho (FEQUI/UFU) Profª. Dra. Líbia Diniz Santos (FEQUI/UFU)

4 AGRADECIMENTOS Primeiramente, gostaria de agradecer a Deus pela presença constante em minha vida e por não permitir que desistisse nas lutas mais difíceis. Em especial aos meus amados pais Alfredo e Fátima, pelo amor incondicional em que a distância me fez ver o quanto são essenciais em minha vida. À toda minha família, pelo apoio, carinho e compreensão. Aos meus amigos, principalmente aqueles que surgiram na faculdade, pelo companheirismo, estudo, conversas e risadas. A professora orientadora Patrícia Angélica Vieira pela disponibilidade de conduzirme a realização deste trabalho, pelos conselhos e orientações. Aos professores da Faculdade de Engenharia Química pelos conhecimentos, teoria, conceitos de responsabilidade e profissionalismo. Enfim, recebam meu Muito Obrigada, repleto de amor e carinho.

5 SUMÁRIO Lista de Figuras... i Lista de Tabelas... ii Lista de Abreviaturas e Siglas... iii Resumo... iv CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO... 1 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS Segundo o grau de biodegradabilidade Quanto à natureza física Quanto à composição química Quanto aos riscos potenciais ao meio ambiente Quanto à fonte geradora PROPRIEDADES DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Características Físicas Características Químicas Características Biológicas MÉTODOS DE DESTINAÇÃO E DISPOSIÇÃO FINAL DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Destinação dos Resíduos Sólidos Urbanos Disposição dos Resíduos Sólidos Urbanos MECANISMOS BIOLÓGICOS DA DEGRADAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E ATERROS SANITÁRIOS PRODUÇÃO DE BIOGÁS E LIXIVIADOS EM ATERROS SANITÁRIOS Produção de Biogás Produção de lixiviados OUTROS MÉTODOS DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ATUAL TECNOLOGIA DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS: BIOMETANIZAÇÃO Configurações das Tecnologias para Biometanização de Fração Orgânica dos Resíduos Municipais Tecnologias de Biometanização Seca de Resíduos Sólidos Urbanos...44

6 CAPÍTULO 3 ESTUDO DE CASO: BIOMETANIZAÇÃO SECA DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS BIOCOMPOST: PLANTA DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DE VITÓRIA-GASTEIZ PARA O TERRITÓRIO DE ÁLAVA CONCLUSÃO DO ESTUDO DE CASO CAPÍTULO 4 CONCLUSÃO CAPÍTULO 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 57

7 i LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Caracterização e classificação de resíduos... 2 Figura 2.1 Corte esquemático de um aterro sanitário Figura 2.2 Sequências metabólicas e grupos microbianos envolvidos no processo de digestão anaeróbia com redução de sulfato Figura 2.3 Diagrama do processo de gaseificação Figura 2.4 Modelo esquemático de um digestor de mistura completa Figura 2.5 Modelo esquemático de um digestor de fluxo pistão Figura 2.6 Modelos esquemáticos de um digestor com a tecnologia Dranco Figura 2.7 Modelo esquemático de um digestor com tecnologia Kompogas Figura 2.8 Modelo esquemático de um digestor com tecnologia Valorga Figura 2.9 Modelo esquemático de um digestor com tecnologia Laran Figura 3.1 Fluxograma da Planta TMB de Vitória-Gasteiz Figura 3.2 Imagem de satélite do CTR Valladolid... 54

8 ii LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 Dados de entrada de resíduos e produção de energia e biogás da Biocompost... 53

9 iii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental AGV Ácidos Graxos Voláteis CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente COT Carbono Orgânico Total DQO Demanda Química de Oxigênio ETE Estação de Tratamento de Efluentes FORM Fração Orgânica dos Resíduos Municipais FUNASA Fundação Nacional da Saúde IBAM Instituto Brasileiro de Administração Municipal IPCC Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas MOR Matéria Orgânica Residual PNRS Política Nacional de Resíduos Sólidos RSU Resíduos Sólidos Urbanos TMB Tratamento Mecânico-Biológico

10 iv RESUMO Atualmente, a sociedade é caracterizada como a civilização dos resíduos em virtude do crescimento populacional, o aumento do processo de industrialização, além do desperdício e o consumo exagerado, contradizendo com o desenvolvimento urbano, industrial e tecnológico, que está sendo alcançado através do comprometimento da qualidade de vida e do meio ambiente. Em função da elevada geração de resíduos sólidos urbanos, provenientes de subprodutos de diversas atividades, está acontecendo um dos graves problemas ambientais de nosso tempo, sendo refletido para a sociedade e para os gestores públicos. Os resíduos sólidos urbanos (RSU) são definidos como resíduos nos estados sólido e semi-sólido, resultantes de atividades de origem doméstica, hospitalar, comercial, de construção civil, de serviço e de varrição, entre outros. Diante deste contexto, o objetivo geral do trabalho está centralizado em soluções para o correto descarte dos resíduos, através da compreensão de métodos de tratamento de RSU, por exemplo, a gaseificação, co-incineração e o plasma que enquadram como tratamentos térmicos, e também o estudo de atuais tecnologias, como a biometanização, que consiste na digestão anaeróbia. Palavras-chave: Resíduos sólidos urbanos, tratamento, biometanização.

11 1 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Um dos maiores desafios do século XXI é reduzir os milhões de toneladas de resíduos que nossa civilização produz diariamente, sendo este um dos mais graves problemas ambientais de nosso tempo. A indústria vem disponibilizando à sociedade cada vez mais artigos descartáveis, produtos estes que se tornam rapidamente inúteis e indesejáveis para o homem e, assim, em curto espaço de tempo, se tornam resíduos. O ato de consumir passou a ser preponderante e comum na vida das pessoas. Por conseguinte, o próprio aprimoramento das relações da sociedade passou a ser avaliado através da elevação dos níveis de consumo dos seus indivíduos (CINQUETTI, 2006). Somando-se a isso, o crescimento populacional exige uma maior produção de alimentos e produtos industrializados, agravando ainda mais a capacidade natural do meio ambiente de absorver os resíduos. A busca pela mitigação dos problemas sócio-ambientais gerados pelo acúmulo, destino e falta de tratamento adequado dos resíduos sólidos tem despertado discussões, mobilizações e intensa procura de alternativas que visem ao equilíbrio sustentável do meio ambiente. A Figura 1.1 ilustra a classificação dos resíduos sólidos, de acordo com a ABNT NBR /2004 quanto ao risco à saúde pública e ao meio ambiente. Os resíduos sólidos são classificados em dois grupos - perigosos e não perigosos, sendo ainda este último grupo subdividido em não inerte e inerte.

12 2 Figura Caracterização e classificação de resíduos (ABNT NBR /04). As classificações normalmente de resíduos sólidos segundo a origem e produção são: urbanos, industriais, resíduos de serviços de saúde, resíduos de portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários, resíduos agrícolas, entulho e resíduos radioativos (ABES, 2006). A Lei nº /10, regulamentada pelo Decreto nº 7.404/2010, institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) e estabelece um marco regulatório para a área de Resíduos Sólidos. A lei faz a distinção entre resíduo (aquilo que pode ser reaproveitado ou

13 3 reciclado) e rejeito (o que não é passível de reaproveitamento) ( urb.pdf). Os principais objetivos da PNRS são: Não-geração, redução, reutilização, reciclagem e tratamento de resíduos sólidos; Destinação final ambientalmente adequada dos rejeitos; Racionalização do uso dos recursos naturais (água, energia, insumos) no processo de produção de novos produtos; Intensificação de ações de Educação Ambiental; Aumento da reciclagem no país; Promoção da inclusão social; Geração de emprego e renda para catadores de materiais recicláveis. Além disso, a PNRS implementa a Logística Reversa, que consiste na responsabilidade compartilhada dos fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes em coletar e estabelecer uma destinação final adequada aos resíduos, sendo responsável por todo o ciclo de vida do produto ou em outros ciclos produtivos, visando a não geração de rejeitos. Com isso, fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes são obrigados a implantar sistemas de Logística Reversa, mediante o retorno dos seguintes resíduos pós-venda e pós-consumo: agrotóxicos, suas embalagens e demais produtos cujas embalagens sejam resíduos perigosos; pilhas e baterias; óleos lubrificantes, seus resíduos e embalagens; pneus; lâmpadas contendo mercúrio e eletroeletrônicos. A implantação da Logística Reversa pode ser estendida para os produtos comercializados em embalagens de plástico, metal ou vidro, e poderá ser implementada em parceria com cooperativas e associações de catadores de materiais recicláveis. Segundo a Fundação Nacional da Saúde (FUNASA) e a PNRS, a destinação final é o tratamento dos resíduos que inclui a reutilização, a reciclagem, a compostagem, a recuperação e o reaproveitamento energético e incineração, dentre outras formas admitidas pelos órgãos ambientais. Esse tratamento tem como objetivo reduzir a quantidade e o potencial poluidor dos resíduos sólidos dispostos em aterros sanitários. E a disposição final é a distribuição

14 4 ordenada de rejeitos em aterros sanitários de pequeno porte ou aterros sanitários convencionais, observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou riscos à saúde pública e à segurança e a minimizar os impactos ambientais adversos. As formas de tratamento de resíduos são definidas como qualquer processo que altere suas características, composição ou propriedades, de maneira a tornar mais aceitável sua disposição final ou simplesmente sua destruição. Estes métodos se processam por uma ou mais das seguintes formas: Convertendo os constituintes agressivos em formas menos perigosas ou insolúveis; Destruindo quimicamente produtos indesejáveis; Separando da massa de resíduos os constituintes perigosos, com conseqüente redução do volume a ser disposto; Alterando a estrutura química de determinados produtos, tornado mais fácil sua assimilação pelo meio ambiente. Para a implantação de um sistema de gestão ambiental estão inclusos, uma estrutura organizacional, o planejamento de atividades, responsabilidades e processos, a fim de um desenvolvimento, implantação e manutenção da política ambiental, maximizando os benefícios transmitidos as gerações atuais e futuras (ABNT, 1996). A concretização deste sistema requer a centralização nos objetivos gerais, desenvolvimento de novas alternativas sustentáveis, que pode ser através da redefinição do problema original e a análise dos impactos provocados pela decisão de um procedimento. Diante deste contexto, para alcançar o correto gerenciamento dos resíduos é necessário um enfoque sistêmico, analisando a integração entre as partes visando ao todo, sendo que o objetivo principal é o desenvolvimento de tecnologias adequadas para o tratamento dos resíduos, na busca de assegurar a relação entre o crescimento econômico e a qualidade ambiental. Estas tecnologias podem ser obtidas através de tratamentos térmicos de resíduos, como a gaseificação, co-incineração, plasma, entre outros, ou ainda, através de processos anaeróbios com a produção de biogás para aproveitamento energético.

15 5 CAPÍTULO 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste tópico, será abordada a classificação dos resíduos sólidos de acordo com o grau de biodegradabilidade, à natureza física, à composição química, os riscos potenciais ao meio ambiente e quanto à fonte geradora. Além disso, serão analisadas as propriedades físicas, químicas e biológicas dos resíduos, como também os processos biológicos da degradação dos mesmos, resultando na produção de biogás e lixiviados. Com base nestas informações, os resíduos serão direcionados para um correto procedimento de destinação ou disposição final, ou ainda para um método de tratamento adequado. 2.1 CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS De acordo com a NBR /04, os resíduos sólidos são definidos como: Resíduos nos estados sólidos e semi-sólidos, resultantes de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviço e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes do sistema 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 técnica e economicamente inviável em face à melhor tecnologia disponível. Para o procedimento de classificação dos resíduos sólidos é necessário a identificação do processo ou a atividade que lhes deu origem, como também o conhecimento de seus constituintes e características, além de comparar estes constituintes com listagens de resíduos e substâncias, nas quais os impactos à saúde e ao meio ambiente são conhecidos (ABNT NBR /04). A identificação e a avaliação dos constituintes na caracterização do resíduo devem ser criteriosas e estabelecidas com base nas matérias-primas, insumos e o processo que lhe deu origem (ABNT NBR /04). É relevante classificar o resíduo a ser trabalhado, pois é a partir desta informação que será feita a escolha de estratégia para o gerenciamento mais viável. Na literatura encontram-se disponíveis diversas formas de classificação, por exemplo, segundo o grau de

16 6 biodegradabilidade, à natureza física, à composição química, aos riscos potenciais ao meio ambiente, e ainda quanto à fonte geradora Segundo o grau de biodegradabilidade A classificação relacionada ao grau de biodegradabilidade dos resíduos sólidos divide-se em: facilmente degradáveis, que incluem a matéria orgânica presente nos resíduos sólidos de origem urbana; moderadamente degradáveis, por exemplo, papéis, papelão e material celulósico; dificilmente degradáveis, que abrange pedaços de pano, retalhos, aparas, serragens de couro, borracha e madeira, e por fim os não-degradáveis, que são representados pelos vidros, plásticos, pedras, solo, entre outros (BIDONE & POVINELLI, 1999) Quanto à natureza física Quanto à natureza física os resíduos sólidos são classificados em: resíduos secos e resíduos molhados. Os resíduos secos são os materiais recicláveis, por exemplo: metais, papéis, plásticos, vidros e outros. Já os resíduos molhados são os resíduos orgânicos e rejeitos, podendo ser citados os restos de alimentos, cascas de alimentos, resíduos de banheiro, dentre outros (D ALMEIDA; VILHENA, 1998) Quanto à composição química Em relação à composição química os resíduos sólidos enquadram-se em resíduo orgânico e resíduo inorgânico (D ALMEIDA; VILHENA, 1998). Os resíduos orgânicos são os resíduos que possuem origem animal ou vegetal, tais como, os restos de alimentos, frutas, verduras, legumes, flores, plantas, folhas, sementes, restos de carnes e ossos, papéis, madeiras, entre outros. A maioria dos resíduos orgânicos pode ser utilizada na compostagem, sendo transformados em fertilizantes e corretivos do solo, contribuindo para o aumento da taxa de nutrientes e melhorando a qualidade da produção agrícola. Os resíduos inorgânicos incluem todo material que não possui origem biológica, ou que foi produzida por meios humanos, por exemplo: plásticos, metais, vidros, entre outros. Considerando a conformação da natureza, os resíduos inorgânicos são representados pelos

17 7 minerais. Geralmente estes resíduos quando lançados diretamente ao meio ambiente, sem tratamento prévio, apresentam maior tempo de degradação Quanto aos riscos potenciais ao meio ambiente Segundo os riscos potenciais ao meio ambiente, os resíduos sólidos são classificados de acordo com a ABNT NBR /04 em: Classe I: Resíduos Perigosos Classe II: Resíduos Não Perigosos - II A: Não Inertes - II B: Inertes. Os resíduos perigosos (Classe I) são caracterizados por apresentarem periculosidade. A periculosidade de um resíduo é representada em função de suas características físicas, químicas ou infecto-contagiosas, isto é, pode ocasionar riscos à saúde pública, através da incidência de doenças, aumento de mortalidade, entre outras causas, além disso, pode causar impactos ao meio ambiente quando o resíduo é descartado incorretamente. Desta forma, é necessário à adoção de tratamento e disposição adequada, devido as propriedades de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade (ABNT NBR /04). A periculosidade em geral depende dos fatores citados abaixo: Natureza (inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade. Estas definições encontram-se na ABNT NBR /2004); Concentração; Mobilidade; Persistência e bioacumulação; Degradação. A ABNT NBR adotou critérios de classificação e códigos para a identificação dos resíduos com base em suas características.

18 8 Nos Anexos A, B, D, E, F e H estão listados todos os resíduos ou substâncias, codificados por uma letra, seguida de três dígitos. Os resíduos perigosos constantes no Anexo A são codificados pela letra F e são de fontes não específicas. São listados 43 tipos de resíduos, apresentando o seu constituinte perigoso e sua característica de periculosidade (ou seja, se é reativo, corrosivo, inflamável, patogênico ou tóxico). Os resíduos perigosos descritos no Anexo B são codificados pela letra K e são de fontes específicas. São listadas 21 fontes geradoras, provenientes basicamente de setores industriais como o alumínio, ferro e aço, coqueificação, produção de tintas, entre outros, sendo que 142 tipos de resíduos são associados a determinadas fontes, apresentando o seu constituinte perigoso e sua característica de periculosidade (ou seja, se é reativo, corrosivo, inflamável, patogênico ou tóxico). Os resíduos perigosos listados no Anexo C englobam 481 produtos inorgânicos e orgânicos que apresentam periculosidade ao resíduo. Os resíduos perigosos listados no Anexo D englobam 146 substâncias agudamente tóxicas. Os resíduos perigosos listados no Anexo E englobam 407 substâncias tóxicas. Os resíduos descritos no Anexo F listam a concentração máxima de 45 substâncias inorgânicas e orgânicas eventualmente presentes no extrato do lixiviado. Os resíduos presentes no Anexo H descrevem códigos de 12 resíduos não perigosos. Os resíduos perigosos são codificados de acordo com suas características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade e patogenicidade. Sua classificação está apresentada a seguir: D001: qualifica o resíduo como inflamável; D002: qualifica o resíduo como corrosivo; D003: qualifica o resíduo como reativo; D004: qualifica o resíduo como patogênico. Os códigos D005 a D052 presentes no Anexo F apresentam resíduos perigosos com a característica de toxicidade, de acordo com o ensaio de lixiviação realizado pela ABNT NBR Os códigos representados pelas letras P e U, presentes nos Anexos D e E, respectivamente, são de substâncias, na qual a sua presença proporciona periculosidade aos

19 9 resíduos e esta codificação é adotada para classificá-los como perigosos em função de sua característica de toxicidade. Em geral, para determinar a classificação de um resíduo, de acordo com a NBR /04, é necessário verificar se o resíduo encontra-se entre os constantes nos Anexos A e B desta norma. Se o resíduo estiver disponível nestes anexos, considera-o de Classe I Perigoso. Caso negativo, o procedimento adotado é a retirada de uma amostra representativa do resíduo, conforme NBR /04 (Amostragem de resíduos sólidos), em seguida, procede-se a obtenção de extratos lixiviados e solubilizados, segundo procedimentos estabelecidos pelas normas NBR /04 e NBR /04, respectivamente. Concluído os resultados das análises, é feito a comparação dos parâmetros encontrados com os disponíveis nos Anexos C a G da NBR /04, assim, classifica-se o resíduo. Os resíduos não perigosos (Classe II) são sucatas de metais ferrosos, sucatas de metais não ferrosos, resíduos de papel e papelão, resíduos de plásticos polimerizados, resíduos de borracha, dentre outros. São subdivididos em duas classes: Os resíduos Classe II-A Não inertes, podem ter as seguintes propriedades: biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água. Exemplos: lodos de estações de tratamento de água e esgoto, papel, restos de alimentos. Os resíduos Classe II-B Inertes, segundo a ABNT NBR , quando amostrados de forma representativa e submetidos a um contato dinâmico e estático com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, conforme ABNT NBR , não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água, excetuandose aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor. Como exemplos destes materiais podem ser citados: tijolos, rochas, vidros, certos plásticos e borrachas Quanto à fonte geradora Conforme SANTOS e MARTINS (1995), BIDONE e POVINELLI (1999), CASTRO NETO e GUIMARÃES (2000), SCHALCH (2002) e MARTINS (2004), os resíduos sólidos são classificados quanto à fonte geradora da seguinte forma: resíduos sólidos urbanos (RSU), resíduos sólidos industriais e resíduos especiais.

20 10 Os resíduos sólidos urbanos são provenientes das residências (domiciliar ou doméstico), resíduos de serviços de saúde, resíduos da construção civil, resíduos de poda e capina, resíduos de portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários e também estão inclusos os resíduos de serviços resultantes das atividades comerciais, de limpeza de bocas de lobo e os resíduos de varrição, de feira e outros. A seguir está especificada cada categoria. a) Domiciliar ou Doméstico O lixo doméstico incluem os resíduos gerados das atividades diárias nas residências. Apresentam em torno de 50% a 60% de composição orgânica, constituído por restos de alimentos (cascas de frutas, verduras e sobras, entre outros) e o restante é formado por embalagens em geral, jornais e revistas, garrafas, latas, vidros, papel higiênico, metais ferrosos e não ferrosos, trapos, couros, varreduras e uma grande variedade de outros itens. b) Resíduos de serviços de saúde São definidos conforme a RDC ANVISA n 306/04 e a Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) nº 358/2005, como aqueles provenientes dos serviços com atendimento à saúde humana ou animal, incluindo os serviços de assistência domiciliar e de trabalhos de campo; laboratórios analíticos de produtos para a saúde; necrotérios, funerárias e serviços que englobam atividades de embalsamamento, serviços de medicina legal, drogarias e farmácias incluindo as de manipulação; centros de ensino e pesquisa na área da saúde, centro de controle de zoonoses; distribuidores de produtos farmacêuticos, importadores, distribuidores e produtores de materiais e controles para diagnóstico in vitro, unidades móveis de atendimento à saúde; serviços de acupuntura, serviços de tatuagem, entre outros similares. Os resíduos de serviços de saúde podem ser classificados segundo a RDC ANVISA nº 306/04 e a Resolução CONAMA nº 358/05, em cinco grupos: Grupo A: São os resíduos que apresentam componentes com a possibilidade de agentes biológicos presentes que, por suas propriedades de maior virulência ou concentração, podem provocar risco de infecção. Por exemplo: placas e lâminas de laboratório, carcaças, peças anatômicas (membros), tecidos, bolsas transfusionais com a presença de sangue, entre outros; Grupo B: Englobam substâncias químicas que dependendo de suas características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade e toxicidade, podem provocar riscos à saúde pública e ao meio ambiente, como exemplos

21 11 destes resíduos podem ser citados: medicamentos apreendidos, reagentes de laboratório, resíduos contendo metais pesados, dentre outros; Grupo C: Engloba os materiais provenientes de atividades humanas que contém radionuclídeos em quantidades acima dos limites de eliminação estabelecidos pelas normas da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), por exemplo, serviços de medicina nuclear, radioterapia, entre outros; Grupo D: Resíduos que não apresentam risco biológico, químico ou radiológico à saúde ou ao meio ambiente, podendo ser comparados aos resíduos domiciliares. Exemplos: papéis de uso sanitário e fraldas, restos de alimentos, resíduos de áreas administrativas e de limpeza geral, materiais recicláveis e outros; Grupo E: Engloba os materiais capazes de cortar ou perfurar, por exemplo, lâminas de barbear, agulhas, ampolas de vidro, lâminas de bisturi, lancetas, lâminas e lamínulas, espátulas, e todos os utensílios de vidro quebrados no laboratório (pipetas, tubos de coleta sanguínea e placas de Petri) e outros similares. Os resíduos de serviços de saúde devem ser submetidos a um tratamento e disposição especiais, incluindo as etapas de segregação, condicionamento, armazenamento, coleta e transporte, visto que caracterizam um potencial de risco, tanto para os indivíduos que manipulam este tipo de resíduo, como também para o meio ambiente em decorrência da destinação incorreta. c) Resíduos da construção civil ou resíduos de construção e demolição (RCD) De acordo com a Resolução CONAMA 307/2002, os resíduos da construção civil são os provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliça ou metralha. Ainda de acordo com esta Resolução os resíduos da construção civil são classificados em:

22 12 Classe A: São os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, por exemplo: a) pavimentação e de outras obras de infraestrutura, incluindo solos provenientes de terraplanagem; b) edificações: componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento), argamassa e concreto; c) processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto (blocos, tubos, meios-fios, entre outros) produzidas nos canteiros de obras; Classe B: São os resíduos recicláveis para outras aplicações, tais como: plásticos, papel/papelão, metais, vidros, madeiras e outros; Classe C: Engloba os resíduos que não possuem tecnologias ou procedimentos economicamente viáveis para a sua reciclagem/recuperação, por exemplo, produtos oriundos do gesso; Classe D: São os resíduos perigosos provenientes do processo de construção, tais como: tintas, solventes, óleos, amianto, ou aqueles contaminados oriundos de demolições, reformas e reparos de clínicas radiológicas, instalações industriais, dentre outros. d) Resíduos de poda e capina Consistem nas folhagens de limpeza de jardins, restos de poda e outros. São produzidos esporadicamente e sua quantidade é variada. e) Resíduos de portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários Incluem os resíduos sépticos, que podem apresentar organismos patogênicos presentes nos materiais de higiene e de uso pessoal, em restos de alimentos e outros, já que são provenientes de locais com grande circulação de pessoas e mercadorias. f) Resíduos de serviço comercial Incluem os resíduos originados por estabelecimentos comerciais e de serviço. No caso de restaurantes, bares e hotéis predominam os resíduos orgânicos, enquanto que nos escritórios, bancos e lojas os resíduos predominantes são o papel, plástico, vidro, entre outros. g) Resíduos de varrição, feira e outros Estão presentes os resíduos provenientes dos serviços de limpeza urbana (varrição de vias públicas, limpeza de praias, galerias, córregos e terrenos, restos de podas de árvores, corpos de animais, entre outros), limpeza de feiras livres (restos vegetais diversos,

23 13 embalagens em geral, entre outros). Também podem ser destacados aqueles resíduos descartados irregular e indevidamente pela população, como entulho, bens considerados inservíveis, papéis, restos de embalagens e alimentos. Os resíduos industriais são classificados em resíduos das indústrias de transformação, os resíduos radioativos e os resíduos agrícolas. a) Resíduos das indústrias de transformação São gerados pelas atividades dos ramos industriais, tais como metalúrgica, química, petroquímica, papelaria, alimentícia, entre outros. São resíduos muito variados que apresentam características diversificadas, podendo ser representado por cinzas, lodos, óleos, resíduos alcalinos ou ácidos, plásticos, papel, madeira, fibras, borracha, metal, escórias, vidros, cerâmicas e outros. b) Resíduos radioativos (lixo atômico) Apresentam como característica a emissão de radiação acima dos limites máximos impostos pelas normas brasileiras. Geralmente são provenientes de combustíveis nucleares, cuja legislação que os especificam, são de competência exclusiva CNEN. c) Resíduos agrícolas São originados das atividades da agricultura e da pecuária, tais como embalagens de adubos, defensivos agrícolas, ração, restos de colheita, esterco animal. 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 ainda, são queimados nas fazendas e sítios mais afastados, gerando gases tóxicos. Considerando que as embalagens de agroquímicos apresentam alto grau de toxicidade. Os resíduos sólidos especiais caracterizam-se pelas suas propriedades tóxicas, radioativas e contaminantes, devido a isso, é necessário cuidados especiais em seu manuseio, acondicionamento, coleta, estocagem, transporte, tratamento e sua destinação final. Dentro da classe de resíduos de fontes especiais, são destacados os seguintes resíduos: a) Pilhas e baterias Apresentam em sua composição metais pesados e outros componentes altamente tóxicos, tais como, mercúrio, chumbo, cobre, zinco, cádmio, manganês, níquel e lítio, sendo classificado como Resíduos Perigosos Classe I, em função de suas características intrínsecas de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade, além de apresentar riscos à saúde humana e ao meio ambiente. Segundo as atribuições da Resolução CONAMA 401/2008, consta a necessidade de minimizar os impactos negativos causados ao

24 14 meio ambiente pelo descarte inadequado de pilhas e baterias. Conforme a Lei n , de 2 de agosto de 2010, que institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos, é de obrigação dos fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes estruturar e implementar sistemas de logística reversa no que se refere as pilhas e baterias, mediante retorno dos produtos após o uso pelo consumidor, de forma independente do serviço público de limpeza urbana e de manejo dos resíduos sólidos. b) Lâmpadas Fluorescentes São compostas por um metal pesado altamente tóxico, o mercúrio, o que as enquadra em Resíduos Perigosos Classe I. A liberação de mercúrio ocorre quando são quebradas, queimadas ou descartadas em aterros sanitários, causando grandes prejuízos ambientais, como a poluição do solo, dos recursos hídricos e da atmosfera. c) Pneus É considerado um dos maiores passivos ambientais sólidos que existem, em razão dos danos potenciais ao ambiente e ao bem-estar social. De acordo com o Art. 15 da Resolução CONAMA nº 416, de 30 de setembro de 2009, é vedada a disposição final de pneus no meio ambiente, tais como o abandono ou lançamento em corpos de água, terrenos baldios ou alagadiços, a disposição em aterros sanitários e a queima a céu aberto. Conforme o Art. 7 desta mesma Resolução, os fabricantes e importadores de pneus novos devem elaborar um plano de gerenciamento de coleta, armazenamento e destinação de pneus inservíveis. 2.2 PROPRIEDADES DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Para caracterizar os resíduos sólidos é necessário o conhecimento da composição, da quantidade e as fontes geradoras dos mesmos, ou seja, informações relacionadas às características físicas, químicas e biológicas. Com base nestes dados, é possível determinar um correto tratamento e uma disposição ambientalmente adequada. As características dos resíduos sólidos dependem de variáveis sócio-econômicas, culturais, geográficas e climáticas, sendo que as mesmas podem variar de uma sociedade para outra. De acordo com SCHALCH et al. (2002), os resíduos sólidos urbanos têm como principal característica, a composição heterogênea, em contrapartida com os demais resíduos,

25 15 que são gerados através de processos controlados, não apresentando variações significativas em suas composições Características Físicas Para efetuar uma correta gestão dos serviços de limpeza urbana é necessário dispor de dados a respeito das propriedades físicas dos resíduos que, consequentemente favorecerá o planejamento e dimensionamento das etapas de acondicionamento, coleta, transporte, tratamento e destinação final dos RSU. Entretanto, a realização das características físicas dos RSU e sua manipulação são etapas difíceis e complexas, devido a quantidade e a heterogeneidade de sua composição (IBAM, 2001). Além disso, as técnicas de amostragem, às vezes, não são viáveis e adequadas para a realidade de alguns municípios brasileiros. A seguir estão citadas as características mais relevantes dos RSU. a) Geração per capita Representa a quantidade de resíduos gerados em um determinado período de tempo que pode ser diariamente ou anualmente, em relação ao número de habitantes de certa região. A quantidade de resíduos produzidos está relacionada com os fatores antropológicos, sociológicos e ambientais. Uma das consequências do processo de industrialização é o aumento da geração de resíduos. De acordo com os dados de Ferh et al. (2000), a quantidade média de resíduos gerados em países industrializados é de 1,6 Kg/habitante/dia, já em países subdesenvolvidos a média de geração de resíduos chega a 0,8 Kg/habitante/dia. Com base na Pesquisa Nacional de Saneamento Básico 2000 (IBGE, 2001), os municípios que apresentam uma população de 20 mil a 50 mil habitantes, têm uma geração per capita de 0,64 Kg/hab.dia de resíduos sólidos urbanos, enquanto que os municípios com mais de um milhão de habitantes, apresentam uma geração per capita de 1,50 Kg/hab.dia. Segundo Moraes (2003), é necessário reduzir a quantidade de resíduos a fim de alcançar uma gestão integrada e sustentável dos RSU, entretanto, isto é possível através da conscientização da comunidade em diminuir a geração dos mesmos e introduzir a prática de reaproveitamento de seus componentes.

26 16 b) Composição gravimétrica Relaciona o percentual dos inúmeros componentes presentes nos resíduos sólidos com a massa total da amostra realizada. A composição gravimétrica é função do nível de renda da população, logo, em países mais ricos o teor de matéria orgânica presente nos lixos é menor, devido o maior consumo de alimentos semi-prontos, consequência do processo de industrialização. Entretanto os percentuais de papéis, vidros, materiais plásticos, isto é, o teor de materiais recicláveis torna-se elevado. c) Massa específica Representa a razão da massa do resíduo e o volume ocupado pelo mesmo, sendo expresso geralmente em termos de kg/m³. O conhecimento deste parâmetro é importante em função de facilitar o dimensionamento de equipamentos e instalações, e ainda, pode ser medido tanto no estado solto como também no estado compactado (ANDRADE, 1997). De acordo com o Instituto Brasileiro de Administração Municipal (IBAM, 2001), os seguintes valores para massa específica no estado solto podem ser adotados: 230 kg/m³ para o lixo domiciliar, 280 kg/m³ para os resíduos de serviços de saúde e kg/m³ para os resíduos de construção civil. Estes valores podem ser utilizados quando há falta de dados. Já segundo HOORNWEG (2002), os valores médios adotados para massas específicas dos resíduos sólidos domiciliares produzidos pelos países de baixa, média e alta renda, respectivamente, são: 500 kg/m³, 300 kg/m³ e 150 kg/m³. O autor ainda destaca que países de baixa renda geram uma maior quantidade de resíduos em massa, em contrapartida com os países de alta renda que geram uma maior quantidade de resíduos em volume. A massa específica sofre influência da composição gravimétrica, visto que grandes quantidades de resíduos orgânicos aumenta o valor da massa específica dos RSU. Contudo, valores elevados de massa específica podem ser explicados devido a implementação da coleta seletiva de materiais recicláveis (plásticos, papel, vidros e outros), desta forma aumenta o teor de componentes orgânicos, cuja característica deste material é o elevado teor de umidade (CARNEIRO, 2006). d) Compressividade Refere-se o quanto de volume o resíduo foi diminuído ao sofrer compactação. Segundo IBAM (2001), quando é exercido uma pressão de 4 kg/cm² sobre os resíduos domiciliares, o volume dos mesmos podem ser reduzidos de 1/3 a 1/4 do volume original.

27 17 e) Teor de umidade Pode ser expresso em base úmida, ou seja, relaciona a quantidade de água presente nos resíduos e a massa total dos mesmos, e também em base seca, que corresponde a quantidade de água e a massa total seca dos resíduos. Muitos fatores podem influenciar no valor do teor de umidade, por exemplo, composição inicial, condições climáticas locais, o processo de operação dos aterros, taxa de decomposição biológica. Em função dos diferentes componentes dos resíduos sólidos urbanos, os valores de umidade sofrem uma grande variação. De acordo com Knochenmuset et al. (1998), o teor de umidade dos resíduos sólidos urbanos tende a aumentar quando há um acréscimo de materiais orgânicos (resíduos alimentares, de jardim e poda). Em relação aos derivados inorgânicos, tais como, papéis, plásticos, os mesmos apresentam geralmente um teor de umidade abaixo de 10% Características Químicas Com base nos dados das propriedades químicas dos resíduos sólidos, como exemplo, o poder calorífico, ph, composição química, relação do teor de carbono/nitrogênio, sólidos totais fixos, sólidos totais voláteis, é possível determinar o processo de tratamento mais adequado para a destinação final dos mesmos. a) Poder calorífico Representa a quantidade de calor ou energia que pode ser obtida através da queima de determinada massa de resíduos. No Brasil, estimativas indicam que para resíduos sólidos domiciliares o poder calorífico é de kcal/kg (IBAM, 2001). Segundo Wang e Nie (2001), os resíduos que apresentam poder calorífico superior ao valor de 813 kcal/kg, pode ser submetido diretamente ao processo de incineração sem a necessidade de outro combustível. b) Potencial hidrogeniônico (ph) Representa o teor de acidez ou alcalinidade dos resíduos, sendo que para o lixo domiciliar geralmente seu valor encontra-se na faixa de 5 a 7 (IBAM, 2001). c) Composição Química Refere-se na determinação dos seguintes componentes (MACHADO JUNIOR et al., 1978 e LI e JENQ, 1993, citados por ANDRADE, 1997):

28 18 Teores de carbono: O conhecimento de seus valores está relacionado na determinação da eficiência dos processos de decomposição biológica ou incineração; Teores de nitrogênio: Quando relacionados aos valores do poder calorífico facilita na avaliação da decomposição dos resíduos; Teores de oxigênio: Quando relacionados também com os dados do poder calorífico auxilia nos processos de combustão dos resíduos; Teores de enxofre: Caracteriza-se por ser um agente poluidor quando convertido em dióxido de enxofre na incineração; Teores de cloro: Seus dados consistem avaliar a quantidade de ácido clorídrico produzido na queima dos resíduos; Sólidos voláteis: Representa a massa dos resíduos que podem ser volatilizados em porcentagem; Teor de cinzas: Indica a massa do material presente após a queima dos resíduos em porcentagem; Teor de carbono/nitrogênio: Representa o grau de decomposição dos resíduos orgânicos quando submetidos aos processos de tratamento e destinação final, seus valores geralmente encontram-se na ordem de 35/1 a 20/1, também é válido para os resíduos domiciliares (IBAM, 2001) Características Biológicas As características biológicas estão associadas a população macrobiana e os seres patogênicos presentes no lixo. A avaliação dos aspectos biológicos contribui para o conhecimento dos riscos à saúde pública ocasionada pela incorreta manipulação dos resíduos, que devem ser submetidos a um tratamento específico. Em relação aos resíduos orgânicos, os mesmos podem sofrer metabolização através de micro-organismos decompositores, por exemplo, fungos e bactérias, por meio de um processo aeróbio e/ou anaeróbios, sendo que seu desenvolvimento depende das condições ambientais disponíveis. Além disso, os resíduos sólidos podem ser fonte de presença de micro-organismos patogênicos quando apresentam em sua composição dejetos de humanos e animais, resíduos de serviços de saúde e lodos gerados pela estação de tratamento de esgoto.

29 MÉTODOS DE DESTINAÇÃO E DISPOSIÇÃO FINAL DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Os métodos de destinação final incluem a reutilização, a reciclagem, a compostagem e a incineração, objetivando minimizar os resíduos sólidos que são depositados nos aterros sanitários, enquanto que os métodos de disposição final incluem o aterro controlado e os lixões Destinação dos Resíduos Sólidos Urbanos Existem métodos de tratamento de resíduos sólidos, em seu destino final da seguinte forma: o aterro sanitário, compostagem, reciclagem e a incineração (ABES, 2006). Atualmente o mais empregado é o aterro sanitário, por se tratar de uma solução mais econômica quando comparada com as demais, apesar de exigir investimentos considerados e de custo operacional elevado. Mesmo com a implantação de um incinerador e da prática da compostagem, as cidades que implantam, consideram útil o aterro sanitário, em função do rejeito que os dois sistemas produzem (ABES, 2006). a) Aterro sanitário Segundo a NBR (ABNT, 1992), Apresentação de Projetos de Aterros Sanitários de RSU, o aterro sanitário é definido como: [...] uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo, sem causar danos à saúde pública e à segurança, minimizando os impactos ambientais, método este que utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos à menor área possível e reduzi-los ao menor volume permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho, ou a intervalos menores, se necessário. O projeto deve ser elaborado para a implantação de um aterro sanitário que deve contemplar todas as instalações fundamentais ao bom funcionamento e ao necessário controle sanitário e ambiental durante o período de operação e fechamento do aterro (pg. 01). Esta técnica de disposição final dos resíduos sólidos deve ser baseada em sistema de impermeabilização de base e laterais, compactação e o recobrimento dos resíduos diariamente, além da coleta e tratamento dos líquidos percolados e os gases produzidos, a fim de assegurar o controle da poluição ambiental e a proteção à saúde pública. De acordo com CORREA e LANÇA (2008), os aterros sanitários devem dispor de um sistema de monitoramento ambiental e geotécnico.

30 20 A Figura 2.1 mostra um esquema dos setores de um aterro sanitário. O setor em preparação deve dispor de um sistema de impermeabilização de base e sistema de drenagem do chorume; o setor em execução é responsável por receber os resíduos, e o setor concluído possui a função da drenagem dos gases e águas superficiais. Figura 2.1 Corte esquemático de um aterro sanitário Fonte: O projeto de um aterro sanitário deve ser integrado a implantação de coleta seletiva, possibilitando uma vida útil prolongada, bem como práticas de educação ambiental, visando a consciência ecológica da comunidade e uma maior participação da mesma para a preservação do meio ambiente. Apesar deste método atender as exigências de controle sanitário e ambiental, segundo JARAMILLO (1994) apud DIAS (2003), o aterro sanitário apresenta algumas desvantagens como a dificuldade de um local para esta finalidade, em razão da discordância por parte da comunidade, além disso, o aterro pode ser transformado em lixão a céu aberto, como também pode provocar contaminação das águas subterrâneas e superficiais, caso não tenha um sistema de monitoração adequada em relação a sua operação e encerramento. b) Reciclagem Reciclagem é o resultado de uma série de atividades através das quais materiais que se tornariam lixo, são coletados, separados e processados para serem usados como matériaprima na manufatura de bens, feitos anteriormente apenas com matéria-prima bruta (ABES, 2006). Os benefícios da Reciclagem são:

31 21 Diminuem a quantidade de lixo a ser enterrado (consequentemente aumenta a vida útil dos aterros sanitários); Preservam os recursos naturais; Economizam energia; Diminuem a poluição do ar e das águas; Geram empregos, através da criação de indústrias recicladoras. A reciclagem, no entanto, não pode ser vista como a principal solução para o resíduo. É uma atividade econômica que deve ser encarada como um elemento dentro de um conjunto de soluções, já que nem todos os materiais são técnica ou economicamente recicláveis. c) Compostagem Compostagem é o processo biológico de decomposição da matéria orgânica contida em restos de origem animal ou vegetal. Este processo tem como resultado final um produto que pode ser aplicado ao solo para melhorar suas características agronômicas, sem ocasionar riscos ao meio ambiente. A fração orgânica do lixo domiciliar pode ser usada, desde que de forma controlada, em instalações denominadas usinas de triagem e compostagem. As vantagens da compostagem são: Economia de aterro; Aproveitamento agrícola da matéria orgânica; Reciclagem de nutrientes para o solo; Processo ambientalmente seguro; Eliminação de patógenos. Segundo Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES, 2006), a coleta seletiva representa um processo de valorização dos resíduos, na qual estes são selecionados e classificados na própria fonte geradora, visando seu reaproveitamento e reintrodução no ciclo produtivo. d) Incineração A incineração é um processo que emprega altas temperaturas (em média 900 C) em equipamento incinerador para queima de resíduos de serviços de saúde ou industrial (conforme classe). Os compostos orgânicos nesta temperatura são reduzidos a seus

32 22 constituintes mínimos (dióxido de carbono gasoso e vapor d'água) e os resíduos inorgânicos transformam-se em cinzas. A vantagem do sistema é a redução do volume e neutralizar a ação poluidora dos mesmos. A combustão acontece numa instalação, usualmente denominada usina de incineração, projetada e construída para este fim. Apesar das vantagens de redução do volume de lixo a ser disposto, da redução do impacto ambiental e da destoxificação, as usinas de incineração apresentam-se como um tratamento que requer elevados custos, tanto de implantação como de operação Disposição dos Resíduos Sólidos Urbanos a) Aterro Controlado De acordo com a definição da NBR 8.849/1985, o aterro controlado consiste em uma: Técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo, sem causar danos ou riscos à saúde pública e à sua segurança, minimizando os impactos ambientais, método este que utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos, cobrindo-os com uma camada de material inerte na conclusão de cada jornada de trabalho. Esta forma de disposição final dos resíduos sólidos urbanos consiste em não poluir o ambiente externo através do recobrimento dos resíduos, contudo, não proporciona a impermeabilização de base (com isso, pode ocorrer alterações na qualidade do solo e das águas subterrâneas), e não há sistema de tratamento para os efluentes líquidos e gasosos produzidos. Na maioria das vezes, o aterro controlado baseia-se em um antigo lixão remediado, no qual recebeu uma cobertura de argila e grama, técnicas para canalizar o chorume e remover os gases produzidos, além de minimizar os impactos por meio de uma compactação adequada e o confinamento das células expostas. Segundo a NBR (ABNT, 1985), a implantação de um aterro controlado exige a drenagem de águas pluviais, como também um plano de inspeção da área de influência do aterro, visando o controle da poluição ambiental e uma análise detalhada da localização do terreno em virtude do solo e dos recursos hídricos. Conclui-se que é um empreendimento que não atende as questões ambientais, entretanto, de acordo com a FUNASA (2006), é o procedimento mais adequado que o lixão e de qualidade técnica inferior ao aterro sanitário.

33 23 Alguns autores garantem que esta técnica é aceitável para pequenos municípios, em função dos custos de implantação serem baixos e a operação ser feita manualmente, já que muitas vezes, estas comunidades não possuem arrecadação necessária para a implantação de um aterro sanitário e nem equipamentos compactadores. Este procedimento é recomendado, segundo Benvenuto (2004), para comunidades que produzem resíduos variando de 2 a 5 toneladas por dia. Segundo Castilhos Junior (2003) citado por Erthal Neto (2006), a técnica em trincheiras ou valas é uma alternativa economicamente viável de destinação final dos resíduos sólidos para as comunidades de pequeno porte, uma vez que a geração de quantidades menores de RSU produz poucos lixiviados (chorume) e gases, desta forma, há um maior controle do processo, o sistema de captação dos gases pode ser simplificado, como também a impermeabilização de fundo, laterais e de cobertura, além disso, destaca-se pela facilidade de operação, através de procedimentos manuais. Outra vantagem a ser citada é a aplicação da recirculação do lixiviado, acelerando a decomposição da matéria orgânica e dispensando o tratamento do mesmo, já que pode ser alcançado os valores máximos permitidos para o lançamento do efluente no meio ambiente, porém isto não é válido aos nutrientes. Neste caso, é necessário o emprego destes efluentes em processos de compostagem ou a disposição no solo para o tratamento terciário. A etapa que exige muita atenção para o gerenciamento dos RSU é a seleção da área, levando em consideração a proteção do meio ambiente, a redução de custos através do procedimento de revestimentos minerais que têm como objetivo a impermeabilização de laterais e fundo. Esta técnica consiste, primeiramente, nas escavações das valas por meio de máquinas leves, como as retroescavadeiras ou outros equipamentos com capacidade de escavação, em função das comunidades de pequeno porte não possuírem recursos financeiros suficientes para disponibilidade de máquinas modernas. Em seguida, a terra deve ficar disposta em apenas um dos lados da vala, enquanto os resíduos são depositados no lado livre das mesmas, ou seja, os resíduos são descarregados em um único ponto da vala até o preenchimento total (CETESB, 2005). Logo que os resíduos são depositados, os mesmos devem ser submetidos as etapas de nivelamento e cobertura, através da terra acumulada ao lado da vala. Após o preenchimento do primeiro trecho da vala, passa-se para o outro e efetua as mesmas operações.

34 24 Com o aterramento da vala completa e a disponibilidade de equipamentos dotados de esteiras, é possível uma melhor compactação dos resíduos. Caso os municípios não tenham esta disponibilidade, é feita a abertura da próxima vala com a terra de escavação acumulada sobre as valas aterradas, a fim de acelerar os recalques e proceder uma certa compactação. b) Lixão ou vazadouro Lixões ou vazadouros encontram-se geralmente em locais afastados dos centros urbanos, cujo processo é baseado na disposição dos resíduos diretamente no solo a céu aberto, sem nenhuma medida de controle em relação ao tipo, volume ou grau de periculosidade dos resíduos e, também sem nenhum método de tratamento mecânico a fim de reduzir seu volume. Este procedimento representa um descontrole, tendo em vista a inexistência de técnicas de proteção ao meio ambiente e a saúde pública. Segundo Phillip Jr. E Aguiar (2005), os lixões constituem uma forma de destinação final totalmente incorreta, levando em consideração os aspectos sociais, sanitários e ecológicos, uma vez que contribui para a proliferação de vetores, a incidência de doenças, além da contaminação do solo e dos recursos naturais. Esta forma de disposição contribui para geração de maus odores, infiltração do chorume e a emissão do gás metano resultante da decomposição das frações orgânicas, potencializando desta forma o aquecimento global. Outro aspecto característico dos lixões é a presença de catadores na procura de meios de sobrevivência, através de condições de insalubridade e risco à saúde. Apesar do levantamento de todas estas considerações e também das desvantagens econômicas, como a desvalorização das áreas próximas aos lixões, ainda assim esta é a alternativa que consiste em um procedimento de baixo custo. Portanto, fica claro que esta é a pior escolha para destinar os resíduos sólidos, entretanto o fechamento dos lixões não resolve os problemas que o mesmo pode provocar, sendo necessário técnicas de proteção posteriores ao funcionamento, como os métodos de remediação. A finalidade do método de remediação é minimizar os impactos resultantes da disposição inadequada dos resíduos. Em geral, ocorre o fim da operação, estabilizam-se os processos físico-químico-biológicos e, finaliza-se com uma destinação apropriada do local no futuro.

35 MECANISMOS BIOLÓGICOS DA DEGRADAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E ATERROS SANITÁRIOS Segundo Castilhos Junior (2003), a degradação dos resíduos sólidos em relação aos mecanismos biológicos ocorre a partir da presença de micro-organismos heterótrofos, os quais são responsáveis pela oxidação de matéria orgânica com o objetivo de atender suas necessidades energéticas. Os metabolismos podem ser aeróbio ou anaeróbio, na qual a diferença está associada a disponibilidade de oxigênio nas camadas dos resíduos. No caso do metabolismo aeróbio, os micro-organismos necessitam da presença de oxigênio ou excepcionalmente incorporado a componentes minerais (nitratos), sendo incluídos as bactérias, leveduras e fungos. No metabolismo anaeróbio, os micro-organismos não necessitam de oxigênio, podendo ser divididos em anaeróbios facultativos ou anaeróbios estritos, sendo incluídas as bactérias. Dentre os gases produzidos no processo de degradação dos resíduos em um aterro sanitário, destacam-se: amoníaco, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrogênio, ácido sulfídrico, metano, nitrogênio e oxigênio. Em relação a decomposição anaeróbia, os principais gases gerados são o dióxido de carbono e o metano. A composição heterogênea dos resíduos sólidos favorece o desenvolvimento de uma diversidade de micro-organismos, sendo que os mesmos consomem o substrato e, em seguida, há a formação de produtos resultantes desta decomposição, e novamente, estes produtos são consumidos formando novos produtos. Estas reações relacionam-se com a velocidade de degradação dos resíduos, a qualidade do lixiviado, a produção de biogás, e as consequências que podem provocar no meio ambiente e em toda a área de deposição dos resíduos. Após a deposição dos resíduos sólidos em um aterro sanitário e a presença de oxigênio no interior das células confinadas, a primeira fase de degradação dos resíduos sólidos urbanos começa a ser processada pelos micro-organismos aeróbios, sendo que a matéria orgânica sofre a ação de enzimas extracelulares específicas, secretadas por microorganismos, e esta reação gera energia. Parte desta energia é destinada a síntese de novas células quando da multiplicação de micro-organismos presentes. Nesta fase do processo de decomposição como há a liberação de calor, consequentemente, ocorre um aumento de temperatura no aterro, podendo ocasionar a formação de sais que apresentam em sua composição metais, já que muitos íons solubilizam a

36 26 temperatura elevadas. Nesta fase, também ocorre a formação de dióxido de carbono e hidrogênio, caso a umidade no interior dos resíduos sólidos seja baixa. Com a escassez de oxigênio, os micro-organismos anaeróbios facultativos começam a se desenvolver, em virtude de sua capacidade de decompor matéria orgânica sem a presença de oxigênio. De acordo com Chernicharo (1997), estas bactérias são responsáveis pelo processo de hidrólise, que corresponde a etapa inicial, onde os materiais particulados complexos (polímeros) são convertidos em compostos solúveis mais simples (menor massa molar), possibilitando desta forma que as bactérias fermentativas os absorvam por meio de suas paredes celulares. Este procedimento de dissolução ocorre através de enzimas extracelulares expelidas pelas bactérias. Com isso, as proteínas são convertidas em aminoácidos, os lipídeos solúveis em ácidos graxos e os carboidratos em açúcares simples. A etapa seguinte consiste na fase acidogênese, onde os compostos solúveis formados na fase da hidrólise são assimilados pelas bactérias e metabolizados, assim são convertidos principalmente em ácidos graxos voláteis (AGV). São gerados em pequenas quantidades os alcoóis, ácido lático, gás carbônico, hidrogênio, amônia, sulfeto de hidrogênio e novas células bacterianas. A terceira fase denominada de acetogênese consiste na oxidação e conversão dos compostos gerados na acidogênese em hidrogênio, dióxido de carbono e acetato, formando o substrato ideal ao desenvolvimento das bactérias metanogênicas. A presença dos ácidos no líquido que percola pela massa dos resíduos, provoca a alteração do ph cujos valores encontram-se entre 4 e 6, com isso facilita a solubilização de materiais inorgânicos, podendo aumentar as concentrações de ferro, manganês, zinco, cálcio e magnésio. Além disso, ocasiona a proliferação de maus odores, a liberação de gás sulfídrico, amônia e outros gases que causam maus odores. Os lixiviados formados nesta etapa caracterizam-se pelas grandes quantidades de matéria orgânica. Na última fase denominada metanogênese, ocorre a conversão dos compostos orgânicos em biogás, através das bactérias estritamente anaeróbicas, definidas como bactérias metanogênicas. As bactérias predominantes neste processo são divididas em dois grupos: as acetoclásticas, que geram o metano a partir do ácido acético e de outros compostos, contendo um átomo de carbono, e as hidrogentotróficas, que são responsáveis por metabolizarem o hidrogênio e o dióxido de carbono, formando o gás metano. Este tipo de bactéria sobrevive em ph próximo de 7, com isso qualquer diminuição neste valor de ph devido o acúmulo de ácido, resulta no desaparecimento das bactérias

37 27 metanogênicas, desfavorecendo o processo de decomposição da fase metanogênese. Com o ph permanecendo neutro, ocorre a redução da solubilização de compostos inorgânicos, diminui a condutividade dos lixiviados, ou seja, reduz a capacidade dos lixiviados de conduzir corrente elétrica. A fase sulfetogênese pode ocorrer ou não no processo anaeróbio. A sua ocorrência depende se há grande quantidade de sulfato presente no meio, uma vez que nesta etapa as bactérias sulforedutoras reduzem os sulfatos e outros compostos sulfurados em sulfetos. Neste processo, a produção de metano tende a reduzir e a o gás sulfídrico a aumentar. Com o objetivo de melhor entender o processo anaeróbio, a Figura 2.2 apresenta a sequência metabólica e os grupos microbianos envolvidos no processo. Figura Sequências metabólicas e grupos microbianos envolvidos no processo de digestão anaeróbia com redução de sulfato Fonte: Adaptada de CHERNICHARO (1997).

38 PRODUÇÃO DE BIOGÁS E LIXIVIADOS EM ATERROS SANITÁRIOS Com base nas informações descritas no tópico anterior sobre os mecanismos biológicos da degradação dos RSU, através de processos aeróbios e anaeróbios, e considerando como produtos destes processos biológicos, o biogás e lixiviados, este item tem como objetivo compreender as propriedades e os impactos que cada um destes componentes podem provocar no meio ambiente e no bem-estar da população Produção de Biogás O biogás é proveniente da degradação dos resíduos sólidos urbanos sob condições anaeróbias, cuja composição é basicamente metano e dióxido de carbono, com porcentagens médias de 50% e 45%, respectivamente. Os outros componentes químicos presentes no gás dependem da composição dos resíduos sólidos e os estágios dos processos de decomposição, necessitando do conhecimento de suas concentrações. O metano caracteriza-se por ser um gás inflamável, além de contribuir para o agravamento do efeito estufa. O gás sulfídrico e outros componentes que constituem o biogás são tóxicos e apresentam odores desagradáveis. O poder calorífico do biogás encontra-se na faixa de 14,9 a 20,5 MJ/m³ ou Kcal/m³, dependendo da quantidade de metano presente na mistura gasosa. Segundo o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, 1996), a emissão do gás metano natural corresponde 20%, enquanto que os restantes 80% é de origem das atividades humanas, sendo que uma fração de 20% é proveniente da produção e consumo de combustíveis fósseis. Com base nos dados da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB, 2001) referente às emissões mundiais de metano, aproximadamente 8% são gerados pelos aterros sanitários e lixões. A produção de gases nos aterros sanitários sofre influência de diversos fatores, como a natureza dos resíduos, a porcentagem de umidade presente, estado físico dos resíduos, ph, temperatura, nutrientes, capacidade-tampão e taxa de oxigenação. Alguns destes fatores estão detalhados a seguir.

39 29 Quantidade e composição dos resíduos depositados: A quantidade de matéria orgânica depositada nos aterros está diretamente relacionada com a geração de metano e, também a composição dos resíduos influencia na qualidade de metano produzido. A taxa de geração de gás nos aterros será mais rápida, quanto maior for a capacidade dos compostos orgânicos de ser biodegradável (FIGUEIREDO,2007). Constituintes da mistura: Sofre influência da umidade presente nos resíduos, da infiltração da água da superfície e do solo e da produção de água nos processos de degradação. A taxa de produção de biogás será maior, quando o teor de umidade estiver elevado (ENSINAS, 2003). Temperatura: Geralmente, temperaturas elevadas contribuem para o desenvolvimento de bactérias responsáveis pela geração de gases nos aterros. ph: Valores de ph entre 6,3 e 7,8 fornecem o ambiente ideal para o crescimento das bactérias (SILVA, 2006). O elevado percentual de metano na composição do biogás favorece seu aproveitamento através de diversas aplicações energéticas como: geração de energia térmica ou elétrica, queima em caldeiras, aquecimento de granjas, iluminação a gás, tratamento de chorume, secagem de lodo em estações de tratamento de esgoto, entre outros. Dentre as vantagens do aproveitamento do biogás, podem ser citadas a redução da emissão dos gases de efeito estufa, em função do consumo do metano e a utilização como combustível para geração de energia. As desvantagens destacam-se pela ineficiência da recuperação do gás, a impossibilidade de aproveitamento em locais remotos, riscos de autoignição ou explosão (OLIVEIRA, 2000) Produção de lixiviados como: O lixiviado recebe o nome de chorume segundo a NBR 8.419/1992, sendo definido Líquido produzido pela decomposição de substâncias contidas nos resíduos sólidos que tem como característica a cor escura, o mau cheiro e a elevada DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio). O lixiviado apresenta-se como um líquido escuro e sua característica marcante é o odor desagradável, sendo originado através da degradação físico-química e biológica dos

40 30 resíduos. Este líquido é arrastado pelas águas das chuvas e também pela umidade presente nos resíduos, com isso, o resultado é uma matriz aquosa muito complexa, contendo em sua composição compostos orgânicos e inorgânicos (CHRISTENSEN et al., 2001; KJELDSEN et al., 2002). De acordo com Rodrigues (2004), a degradação biológica dos resíduos resulta na geração de gás e na composição do lixiviado, que depende de alguns fatores, como a qualidade do resíduo e do estágio em que se encontra o processo. A consequência que o lixiviado pode provocar é a contaminação nos lençóis freáticos e nas águas superficiais localizadas próximas ao aterro, se não receber nenhum tipo de tratamento e um descarte ambientalmente correto. Desta forma, o monitoramento dos aterros tem como objetivo garantir a segurança e a integridade da saúde humana e o meio ambiente (SALEM et al., 2008). O conhecimento do volume de lixiviado a ser drenado depende de alguns fatores, como: a precipitação da área delimitada pelo aterro, da evapotranspiração, da declividade, do tipo de cobertura da superfície do aterro, da capacidade dos resíduos de absorver água e do material de cobertura. Locais com alta pluviosidade são propensos a produzir maiores volumes de lixiviado. A presença de argilas compactadas sobre as células do lixo contribui para a diminuição da percolação da água e também da produção de lixiviado (RODRIGUES, 2004). A composição do lixiviado depende da geologia do aterro, dos tipos de resíduos que são depositados, dos fatores climáticos, da temperatura, umidade relativa e hidrologia, bem como do estágio de decomposição dos resíduos e a idade do aterro. Os constituintes presentes no lixiviado podem incluir desde matéria orgânica dissolvida ou solubilizada, como também nutrientes, produtos intermediários da digestão anaeróbia dos resíduos, até ácidos orgânicos voláteis, substâncias químicas provenientes do descarte de inseticidas e agrotóxicos, além de micro-organismos. Segundo Kjeldsein et al. (2002), os poluentes encontrados no lixiviado podem ser divididos em quatro grupos: Matéria orgânica dissolvida expressa em termos de Demanda Química de Oxigênio (DQO) ou Carbono Orgânico Total (COT), incluindo ácidos graxos voláteis;

41 31 Macrocomponentes inorgânicos: cálcio, magnésio, sódio, potássio, de amônio, ferro, manganês, cloreto, sulfato e hidrogênio carbonato; Metais pesados: cádmio, cromo, cobre, chumbo, níquel e zinco; Compostos orgânicos xenobióticos resultantes de uso doméstico ou industrial de produtos químicos, apresentando concentrações baixas. Estão incluídos hidrocarbonetos aromáticos, fenóis, alifáticos clorados, pesticidas e plásticos. por: Os poluentes orgânicos presentes no lixiviado, segundo Bahé (2008), são compostos Compostos orgânicos voláteis, com teor de matéria orgânica entre 40 a 90%, incluindo a amônia, ácidos graxos voláteis, por exemplo, o ácido acético; Compostos aromáticos, resultantes do metabolismo das proteínas e ligninas, estão inclusos o ácido fenil acético, fenil propiônico, ácido benzóico, p- hidroxibenzóico, compostos acíclicos, alifáticos, terpenos e solventes organoclorados; Substâncias húmicas. Na composição dos lixiviados também estão incluídos os elementos recalcitrantes, que caracterizam pela dificuldade de serem removidos a partir de processos biológicos. Os tratamentos que possuem processos físico-químicos contribuem para a degradação e também a mineralização dos compostos poluentes refratários dos lixiviados, proporcionando a redução do agente poluidor. As técnicas utilizadas para o tratamento de lixiviados baseados em processos físico-químicos incluem a coagulação/floculação, processos oxidativos avançados e a adsorção em carvão ativado.

42 OUTROS MÉTODOS DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Existem diversos métodos de tratamento de resíduos sólidos urbanos, como aqueles que incluem tratamentos térmicos, como a gaseificação, plasma, co-incineração, entre outros, e também aqueles que são baseados em processos anaeróbios, como os biodigestores. a) Biodigestores O biodigestor possui a função de produzir gás natural, cuja composição é basicamente metano, e o processo consiste na decomposição da matéria orgânica pela ação das bactérias metanogênicas a partir da digestão anaeróbia. Este equipamento constitui de uma câmara fechada onde a biomassa (dejetos de animais e aves diluídos, restos de alimentos, materiais amiláceos ou celulolíticos, triturados e diluídos) sofre fermentação anaeróbia, ou seja, na ausência de ar. O produto gerado pelo processo de fermentação é o biogás e o biofertilizante (GASPAR, 2003). Há diversos modelos de biodigestores, porém a maioria deles apresentam um recipiente (tanque), que recebe a biomassa e onde ocorre a digestão anaeróbia, além de possuir o gasômetro (campânula), cujo objetivo é armazenar o biogás. No caso do biodigestor batelada, o mesmo é constituído de apenas um tanque anaeróbio. Com relação ao abastecimento da biomassa, o biodigestor pode ser contínuo ou batelada, sendo que no primeiro, o biodigestor recebe cargas periódicas e a descarga é proporcional a carga de entrada, enquanto que no biodigestor batelada, primeiramente ocorre o preenchimento total do tanque com biomassa e quando chega-se a completa biodigestão, o tanque é descarregado. Assim, os restos da digestão são removidos para uma nova recarga. Para o tipo batelada, os materiais orgânicos mais indicados são aqueles que possuem decomposição lenta e um longo tempo de produção, como exemplos podem ser citados a biomassa amilácea (restos de alimentos, tubérculos, frutas, legumes, entre outros) ou celulolítica (palha ou forragem) misturada com os dejetos de animais ( Segundo Nogueira (1986), para cada situação não existe um tipo específico de biodigestor, o que realmente verifica é um conjunto de diferentes tipos construtivos e aspectos operacionais, sendo necessário o conhecimento e a análise para uma alternativa específica, a fim de atender as condições e necessidades.

43 33 Neste mesmo contexto, o autor menciona a simplicidade de construção e operação do biodigestor, promovendo baixo custo e uma boa eficiência. A entrada e a retirada de biomassa não necessitam da instalação de bombas, sendo fácil a operação. Além da geração de biogás, a biomassa fermentada é retirada do interior do biodigestor na forma líquida, com grande quantidade de matéria orgânica (húmus). Este biofertilizante apresenta uma composição rica em nitrogênio e húmus, mas após sua secagem também é constituído de fosfato e óxido de potássio, sendo utilizado para fins agrícolas, melhorando as qualidades físicas, químicas e biológicas do solo. Com isso, o uso dos biodigestores para a captação de biogás e, posterior conversão em energia elétrica é uma alternativa que evita a emissão de metano na atmosfera, além de reduzir a quantidade de resíduos orgânicos que poderiam ser destinados ao aterro sem nenhum propósito. b) Gaseificação O método de gaseificação consiste em um processo termoquímico, que transforma resíduos sólidos ou líquidos em um gás combustível, através de sua oxidação parcial a temperaturas intermediárias (faixa de temperaturas de 800 a ºC), ou seja, acima das temperaturas utilizadas nos processos de pirólise e abaixo das temperaturas utilizadas nos processos de combustão. No processo de gaseificação o uso de oxigênio é restringido, dependendo, principalmente, da utilidade final do gás gerado (LORA et al., 2008). Dentre os fatores que influenciam na gaseificação estão: temperatura, vazão de aquecimento, tipo de agente de gaseificação, pressão, tempo de residência. Como exemplos de agentes oxidantes podem ser citados, o ar, o oxigênio e o vapor. O gás resultante do processo de gaseificação apresenta baixo poder calorífico, sendo chamado de gás pobre. Sua composição consiste em monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, metano, nitrogênio, dentre outros elementos e contaminantes, por exemplo, particulados e alcatrão. Este gás pode ser destinado a um motor de combustão interna, turbina a gás, forno de secagem de revestimento cerâmico, caldeiras, entre outras utilidades (ANDRADE, 2007). A gaseificação ocorre em equipamentos denominados gaseificadores, sendo processados em quatro etapas: secagem, redução, oxidação e pirólise. A Figura 2.3 representa um esquema do processo de gaseificação (ANDRADE, 2007).

44 34 Figura Diagrama do processo de gaseificação Fonte: (ANDRADE, 2007). De acordo com Andrade (2007), o gás resultante do processo de gaseificação de biomassa contém contaminantes, por exemplo, particulados, cinzas e o alcatrão. Com o objetivo de tornar este gás limpo, algumas técnicas podem ser adotadas como a utilização de ciclones para a remoção de particulados e uma torre de lavagem responsável pela limpeza do gás e a retirada do particulado não retido pelo ciclone. c) Co-incineração O processo de co-incineração baseia-se no aproveitamento dos fornos das fábricas de cimento, como também de suas altas temperaturas, na faixa de e ºC, cujo objetivo é a queima de resíduos considerados perigosos (solventes de limpeza, solventes de indústria química, tintas, entre outros) juntamente com a produção do cimento. Alguns destes resíduos são compostos por hidrocarbonetos e componentes clorados e fluorados, enquanto outros apresentam elevado poder calorífico. Entretanto, não são todos os resíduos que podem ser coincinerados e, para a garantia de completa destruição é necessário a entrada dos mesmos no forno de cimento em condições ideais para combustão completa e regular ( Os produtos formados no processo de co-incineração são: gás de combustão, (apresentando em sua composição dioxinas, mercúrio, ácido clorídrico) e os resíduos da

45 35 incineração que são subdivididos em poeiras, cinzas e escórias (sendo utilizados em estradas, asfaltos e aterros) e em águas residuais e águas de arrefecimento que através da infiltração nos lençóis de água subterrânea, podem dispersar na água potável e no mar (RODRIGUES, 2000). De acordo com Brenhas et al. (2009), as vantagens que podem ser destacadas do processo de co-incineração são: Ocorre total destruição da fração orgânica dos resíduos e os metais presentes nos rejeitos são anexados ao produto final (cimento); Custos de investimentos são reduzidos; Fornece a valorização energética dos resíduos, como os resíduos industriais perigosos, além da redução do uso de combustíveis fósseis e recursos não renováveis nas unidades cimenteiras. Segundo o mesmo autor Brenhas et al. (2009), dentre as desvantagens podem ser citadas a exigência de um controle rigoroso em relação às emissões de gases, elevando os custos de investimentos e manutenção de equipamentos; o processo necessita de uma preparação antecipada do resíduo, a fim de garantir uma homogeneização que resulte no poder calorífico inferior exigido, além disso, a queima de resíduos que contêm cloro em sua composição prejudica a operação do sistema. d) Plasma É uma tecnologia de tratamento térmico de resíduos sólidos que utiliza energia elétrica e altas temperaturas que variam entre e ºC para a ionização de algum gás, apresentando um arco elétrico gaseificado, onde os RSU são convertidos em gases combustíveis (monóxido de carbono e hidrogênio) e cinzas (CIRCEO, 2010). O processo plasma tem como principal aplicação no tratamento de cinzas de incinerador em países desenvolvidos, principalmente o Japão, que apresenta mais de 70% dos RSU destinados à incineração. Esta tecnologia está voltada para o tratamento de resíduos específicos, por exemplo, aqueles que não podem ser enterrados, desta forma não se utiliza RSU comuns, em razão dos altos custos. Atualmente 90% dos resíduos especiais, cuja característica é a alta periculosidade e a necessidade de um tratamento especial antes de serem aterrados, são destinados as unidades de plasma.

46 ATUAL TECNOLOGIA DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS: BIOMETANIZAÇÃO Atualmente a digestão anaeróbia controlada ou biometanização é uma tecnologia de destaque mundialmente, em relação ao tratamento dos compostos orgânicos dos resíduos sólidos urbanos. De acordo com Energaia (2006), a digestão anaeróbia é um processo biológico de decomposição dos resíduos orgânicos sem a presença de oxigênio, sendo o biogás o principal subproduto formado. Através da engenharia, o biogás pode ser destinado como combustível para uma variedade de finalidades, produzindo energia térmica ou mecânica. Com base nas técnicas de engenharia e biotecnologia envolvendo os processos anaeróbios, a utilização destas ferramentas objetiva controlar e otimizar a degradação dos resíduos orgânicos (ARCHER et al., 2005, EDELMANN, W e ENGELI, H., 2005, BURNLEY, 2006, AUSTERMANN et al., 2007, ELIYAN et al., 2007, KELLEHER, 2007, DE BAERE, 2008, DE BAERE, L. e MATTHEEUWS, B., 2008, CARDINALI-REZENDE et al., 2008, RAPPORT et al., 2008, THIELE, 2008, BANKS, 2009, CARDINALI- REZENDE et al., 2009, CHENG, 2009, CHRZASTEK, 2009, FULFORD, 2009, GAUTAM et al., 2009, MOLETTA, 2009). Segundo Nogueira (1986), foi em 1857 que a construção da primeira planta de biometanização, localizada em Bombaim, na Índia, onde o biogás era destinado para cocção. Através de uma unidade constituída de um tanque séptico para fins de tratamento de efluentes sanitários, era feito a captação do biogás como recurso para um hospital de hansenianos. A partir disto, as técnicas de engenharia forneceram subsídios para aprimorar a produção de unidades de biometanização, sendo atualmente direcionado para diversos tipos de tratamento de efluentes líquidos ricos em matéria orgânica. Contudo, nas duas últimas décadas esta tecnologia tornou-se realidade para o tratamento dos compostos orgânicos dos RSU (DE BAERE E MATTHEEUWS, 2008). Como o processo de digestão anaeróbia desenvolveu primeiramente para o tratamento de efluentes líquidos, a sua utilização no tratamento dos RSU é uma adaptação dessa tecnologia, apresentando dificuldades na sua operação. Em função da composição dos RSU ser heterogêneo, a digestão anaeróbia da fração orgânica dos resíduos municipais (FORM) fornece problemas operacionais diferentes dos encontrados no tratamento de

47 37 efluentes líquidos. Dentre os problemas operacionais enfrentados nas unidades de tratamento de RSU destacam: presença de plásticos, pedras e outros componentes inadequados no interior do digestor, dificuldades em relação a mistura e homogeneização do material e obstrução das linhas de introdução e extração. De acordo com Guatellas (2008), das 99 plantas de biometanização de RSU encontradas na Espanha, doze unidades finalizaram suas atividades, vinte enfrentam problemas operacionais e sessenta encontram-se com problemas econômicos. Com isso, é possível concluir que a tecnologia de biometanização dos RSU por ser uma adaptação do tratamento de efluentes líquidos, não está completamente desenvolvida, sendo necessário reduzir os problemas enfrentados nas unidades industriais em operação. Mesmo com as dificuldades operacionais, nos últimos anos houve um aumento significativo mundial na instalação de unidades industriais para tratamento anaeróbio dos RSU, principalmente na Europa. Conforme De Baere e Mattheeuws (2008), a capacidade de instalação das unidades de biometanização de RSU na Europa aumentou em quase 6.000% de 1990 a 2010, passando de t/ano para t/ano. Segundo Söderman (2003), 7% da energia destinada ao aquecimento e geração de energia na Suécia é proveniente dos resíduos sólidos. O incremento na utilização de processos anaeróbios pode ser explicado em função dos elevados preços de energia, as rigorosas leis ambientais em relação a destinação de resíduos orgânicos em aterros sanitários, os problemas relacionados a disposição de área para implantação de novos aterros e a expansão dos que já estão implementados. Os resíduos orgânicos classificam-se de duas formas: Fração Orgânica dos Resíduos Municipais (FORM) e Matéria Orgânica Residual (MOR). A diferença deve-se a segregação dos resíduos orgânicos na fonte de geração e a coleta ocorre separadamente dos outros resíduos sólidos, isto denomina Fração Orgânica dos Resíduos Municipais (FORM), enquanto que os resíduos orgânicos recuperados nas unidades de triagem recebe o nome de Matéria Orgânica Residual (MOR). No processo de biometanização, o tratamento da MOR é mais complexo do que a FORM, e apresenta grandes problemas operacionais devido a presença de materiais impróprios. As plantas de tratamento mecânico-biológico (TMB) consistem em diversas técnicas para separação dos RSU, como também a estabilização dos resíduos orgânicos através da digestão anaeróbia e/ou compostagem. O processo apresenta seis etapas: pré-tratamento; biometanização; recuperação, tratamento e aproveitamento do biogás; tratamento/destinação

48 38 final da fração sólida residual; tratamento dos efluentes líquidos; sistema de captação e tratamento do ar atmosférico (sistemas de desodorização). Geralmente, as unidades são construídas em galpões operando a pressões negativas, onde ocorre a coleta e o tratamento do ar ambiente com o objetivo de reduzir os impactos ocasionados pela geração de maus odores. Nos galpões também há a presença de sistemas de coleta e encaminhamento do ar ambiente ao processo de desodorização, em geral passa por uma etapa de tratamento químico através scrubbers (lavadores de gases) e, posteriormente por um tratamento biológico via biofiltros. Este processo promove a retirada de substâncias como o gás amônia e compostos orgânicos voláteis. A etapa de pré-tratamento consiste na passagem dos resíduos por processos físicos de triagem, na qual os materiais recicláveis (vidros, plásticos, metais, entre outros) são recuperados em função de serem inadequados para o processo de digestão anaeróbia. Este procedimento de triagem pode ser mecanizado através de equipamentos como eletroímãs, indutores Focault, mesas densimétricas, trommels (peneiras rotativas responsáveis pela separação de resíduos em duas ou mais frações granulométricas diferentes) ou também, pode ser manual com o trabalho de catadores separando os materiais não biodegradáveis. Com a separação dos materiais impróprios, os resíduos orgânicos são triturados e enviados aos digestores anaeróbios, onde ocorrem os processos biológicos, tendo como resultados a estabilização parcial do material e a produção de biogás e lodo digestado ou digerido. Posteriormente, é feita a captação do biogás para ser condicionado, a fim de remover a umidade, o gás sulfídrico e o dióxido de carbono e, finalmente destiná-lo para aproveitamento energético. Depois do processo biológico ocorrido no digestor, o produto gerado ou material digerido é direcionado as centrífugas e prensas para desumidificação, em seguida, é peneirado objetivando a retirada das impurezas, por exemplo, plásticos, pedras, vidros, entre outros. A fração sólida é enviada ao processo de compostagem, enquanto que a fração líquida é destinada as estações de tratamento de efluentes (ETE). A presença das ETEs nas Plantas TMB de RSU consiste na eliminação da carga poluidora dos efluentes líquidos formados no processo de desumidificação do digestado. Geralmente, este efluente apresenta em sua composição altas concentrações de matéria orgânica e amônia (COLTURATO, 2009). Os processos que ocorrem nestas unidades, em geral, são nitrificação-desnitrificação e, posteriormente sedimentadores ou sistemas de ultrafiltração seguido por osmose reversa.

49 39 A fração sólida originada do processo de desumidificação do digestado é encaminhada a sistemas aeróbios para pós-tratamento e estabilização. Em geral, o material passa por túneis de compostagem com aeração pela base e também, por unidades de maturação com o objetivo de eliminar os componentes impróprios, sendo que o material sofre seguidos processos de revolvimento para completa estabilização. A classificação das tecnologias de biometanização é em função de características como: Teor de sólidos (via úmida ou via seca), sistema de introdução/extração (batelada ou fluxo contínuo), temperatura do processo (mesofílica ou termofílica), divisão de etapas de digestão (estágio simples ou multiestágio). As tecnologias comerciais de biometanização de resíduos podem ser classificadas também como sistemas de alta tecnologia e de baixa tecnologia. Nos países europeus predominam sistemas de alta tecnologia, sendo utilizadas alimentação e extração contínua, automação, aquecimento, agitação, recirculação do material e monitoramento intenso do processo, apresentando um sistema vantajoso devido a maior eficiência na geração de biogás e menor tempo de residência do resíduo, entretanto apresenta altos custos de implantação e operação. Os sistemas de baixa tecnologia geralmente são utilizados nos países asiáticos, em função da facilidade operacional e construtiva e baixos custos de instalação e operação, porém fornece uma menor eficiência na geração de biogás e no tratamento da fração orgânica (VOEGELI e ZURBRÜGG, 2008). O Brasil, atualmente não possui nenhuma planta de biometanização da fração orgânica dos RSU, entretanto possui sistemas de digestão anaeróbia destinada ao tratamento de efluentes líquidos sanitários, industriais (têxtil, laticínio e outros) e da agroindústria (suinocultura), como também unidades para recuperação e utilização do biogás gerado em aterros sanitários e ETEs. Sabe-se que na maioria das vezes, o biogás não é utilizado como recurso energético, sendo direcionado aos flares para queima. De acordo com os dados do IBGE (2010), são coletados cerca de toneladas de RSU por dia no Brasil. Os componentes orgânicos representam 52% dos resíduos coletados (IPT/CEMPRE, 2000), sendo que a coleta de resíduos orgânicos envolve 95x10 3 toneladas por dia. Segundo RISE-AT (1998), nas unidades de biometanização, a geração de biogás varia em torno de 100 a 200 m 3 por tonelada de resíduo orgânico consumido e a concentração de metano fica entre 55 e 70%.

50 Configurações das Tecnologias para Biometanização de Fração Orgânica dos Resíduos Municipais Segundo Austermann et al. (2007), as configurações que podem ser encontradas nas tecnologias de biometanização são: Via seca ou via úmida; Fluxo pistão ou mistura completa; Mesofílica ou termofílica; Estágio único ou multiestágio; Batelada ou contínuo. a) Sistema Batelada ou Sistema Contínuo Os digestores de batelada apresentam um design simples e barato, cuja operação é sem diluição do material (via seca). Como nestes digestores não ocorrem a introdução de extração de substrato de forma contínua, a geração de biogás também não é contínua. Estes digestores podem operar em um estágio (um tanque de reação) ou múltiplos estágios (vários tanques de reação). Uma maneira de promover uma constante produção de biogás é operando vários digestores de batelada em série, através de partidas e esvaziamentos sequenciais dos digestores (AUSTERMANN et al, 2007). Os digestores de fluxo contínuo caracterizam-se pela introdução dos resíduos e extração do material digerido de forma contínua, sendo operado tanto de via seca como de via úmida. A produção de biogás neste processo é mais constante, com isso verifica-se uma maior otimização em relação a produção de energia (AUSTERMANN et al, 2007). Uma das vantagens do sistema em batelada é que o esvaziamento do digestor no final do processo não gera acúmulo de inertes no interior do digestor, entretanto é necessário uma maior área e a produção de biogás é menor. Dentre as desvantagens destacam-se o risco de provocar entupimento da base do digestor, desfavorecendo a recirculação do lixiviado e, a ocorrência de zonas mortas devido os caminhos preferenciais de circulação do lixiviado no substrato. b) Biodigestores Via Seca ou Via Úmida Os biodigestores via úmida diluem o material a ser digerido através da adição de água ou efluente com um teor de sólidos totais no máximo 15%, entretanto na maioria das

51 41 vezes estes processos operam com teores de sólidos totais entre 3 a 7%. Já os sistemas via seca operam com teores de sólidos totais superiores a 15% (AUSTERMANN et al, 2007). Os sistemas via seca geram menor quantidade de efluentes líquidos e, quando operados com fluxo contínuo geralmente é necessário uma unidade de pré-acondicionamento do resíduo, cujo objetivo é a sua inoculação e homogeneização antes de sua entrada no digestor (AUSTERMANN et al, 2007). Os digestores via seca necessitam de menor volume em comparação aos de via úmida, em função da possibilidade de uma maior carga orgânica introduzida, entretanto utilizam equipamentos mais potentes e robustos (VANDEVIVERE, 2002). Geralmente, os sistemas via úmida operam com digestores do tipo mistura completa, cuja agitação ocorre através de agitadores mecânicos internos, recirculação do material em digestão ou a injeção de biogás comprimido. Um dos problemas enfrentados em digestores via úmida é a formação de uma capa flotante (escuma), constituída de plásticos e outros materiais com baixa densidade, que ficam acumulados no interior do digestor, apresentando uma dura crosta localizada acima do material em digestão, sendo que esta crosta possibilita a danificação dos agitadores mecânicos, dificultando desta forma a extração do biogás. Outra desvantagem dos digestores via úmida é a ocorrência de sedimentação de materiais inorgânicos (pedras, vidros, areias, entre outros) em seu interior (AUSTERMANN et al, 2007), tendo como consequência a diminuição do volume útil do digestor. Outro ponto que merece destaque é o acúmulo de amônia no material em digestão, em virtude do elevado grau de reintrodução do lodo no digestor. Com a adição de água no resíduo a ser alimentado, propiciando a diluição da concentração dos elementos tóxicos ou inibidores do processo biológico, isto eleva os custos e aumenta a produção de efluente líquido a ser tratado (VANDEVIVERE, 2002). c) Biodigestores de Mistura Completa ou Fluxo Pistão De acordo com Energaia (2006), os digestores de mistura completa caracterizam-se pelo ininterrupto processo de alimentação e extração do digestor, como também o alto grau de mistura do material em digestão através dos agitadores mecânicos, injeção de biogás comprimido ou recirculação do material. Este sistema é utilizado para o tratamento de efluentes que apresentam elevada concentração de sólidos, com isso promove a manutenção da estabilidade da biomassa no interior do digestor. A Figura 2.4 representa a configuração de um digestor de mistura completa.

52 42 Figura Modelo esquemático de um digestor de mistura completa Fonte: Adaptada de OGEJO et al (2009). Os digestores de fluxo pistão apresentam também um sistema de alimentação e extração de forma contínua. A alimentação do material ocorre em uma das extremidades do digestor, e a extração na outra extremidade com a mesma quantidade. O fluxo é semelhante a um êmbolo, sem a presença de processos de mistura longitudinal. As partículas permanecem com sua identidade e ficam no digestor durante o tempo de detenção hidráulica do projeto. Com o objetivo de manter esse fluxo, os digestores são longos, apresentando uma alta relação comprimento-largura para ter uma dispersão longitudinal mínima (VON SPERLING, 1996). Apesar da vantagem dos digestores de mistura completa em diluir a carga tóxica afluente, os digestores do tipo pistão são capazes de uma separação espacial dos micro-organismos anaeróbios no digestor, já que o resíduo possui um fluxo direcional, predominando no início os micro-organismos acidogênicos, na etapa intermediária predominam os acetogênicos e, no final, os metanogênicos. Assim, é possível a ocorrência da inibição da fase metanogênese por acúmulo de ácidos e a redução do ph é minimizada. Desta forma, o tipo fluxo pistão é mais eficiente que o de mistura completa. A Figura 2.5 representa um modelo esquemático de um digestor de fluxo pistão. Figura Modelo esquemático de um digestor de fluxo pistão Fonte: Adaptada de OGEJO et al (2009). d) Faixa Mesofílica ou Faixa Termofílica Os dois grupos de bactérias que predominam no processo de digestão anaeróbia são as mesofílicas e termofílicas. A taxa máxima de crescimento das bactérias mesofílicas encontra-se em torno de 37ºC, enquanto que a taxa máxima de crescimento das bactérias

53 43 termofílicas está por volta dos 55ºC. A taxa de reprodução das bactérias termofílicas é maior que o das bactérias mesofílicas, possuindo um maior rendimento do processo, como também maior geração de biogás. Mesmo com estas vantagens, em função da energia demandada para aumentar a temperatura do sistema, algumas tecnologias preferem usar a faixa de temperatura mesofílica (AUSTERMANN et al, 2007). Dentre as vantagens dos digestores termofílicos, cujo processo de digestão é mais acelerado, podem ser citados: menor tempo de detenção hidráulica, maior produção de biogás em um período de tempo menor, favorecendo desta forma a construção de digestores com tamanhos menores, consequentemente menores custos em relação a aquisição de terrenos. Contudo, para garantir temperaturas mais elevadas, é necessário uma quantidade maior de carga energética, ou seja, uma quantidade extra de vapor ou energia para aquecer os digestores (AUSTERMANN et al, 2007). e) Sistema de Único Estágio ou Multiestágio Os digestores que operam em único estágio caracterizam-se pelas etapas do processo de digestão anaeróbia (hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese) ocorrerem simultaneamente no único tanque de reação, de mistura completa. Os digestores devem ser adaptados com o objetivo de garantir as condições ótimas das bactérias metanogênicas, já que este grupo é sensível a mudanças no meio e apresenta uma taxa de crescimento menor em relação às demais bactérias. Em virtude da maior taxa de crescimento das demais bactérias, como também o aumento da produção de ácidos, isto possibilita a inibição por substrato, sendo prejudicial ao desenvolvimento das bactérias metanogênicas. Em função disto, foram desenvolvidas tecnologias utilizando processos multiestágios para otimizar o processo de biometanização (AUSTERMANN et al, 2007). Geralmente, os processos multiestágios apresentam dois digestores, sendo que no primeiro ocorre a otimização das etapas hidrolíticas, acidogênica e acetogênica, enquanto que no segundo digestor, a etapa metanogênica é otimizada. Em razão de um controle maior das etapas do processo de digestão anaeróbia, é possível obter uma maior produtividade de biogás e, também um melhor desempenho do processo biológico. Todavia, as operações são mais complexas quando se trata de dois ou mais digestores em série, principalmente em relação a manutenção das condições ótimas nos digestores. Desta forma, esta complexidade operacional acarreta em custos de investimentos elevados, devido o uso de equipamentos adicionais, como bombas, digestores, entre outros, além da necessidade de uma maior área para a construção da unidade. Outro fator importante que merece destaque é a ocorrência de falha em um dos

54 44 digestores, podendo prejudicar todo o processo de biometanização (AUSTERMANN et al, 2007). O sistema multiestágio é preferencialmente utilizado no tratamento de resíduos que apresentam alto teor de fibras de celulose e também componentes de difícil degradabilidade (VANDEVIVERE et al., 2002). Atualmente, a maior parte das plantas de biometanização de RSU prefere utilizar o sistema de único estágio, em função da característica de design simplificado, maior robustez operacional e os custos de investimento são menores (VANDEVIVERE et al., 2002) Tecnologias de Biometanização Seca de Resíduos Sólidos Urbanos Estão apresentadas a seguir as tecnologias de biometanização de RSU via seca, que em comparação com os sistemas via úmida, apresentam processos biológicos mais estáveis, os sistemas caracterizam-se por serem mais robustos, o consumo de energia é menor, a produção de efluentes líquidos é reduzido e também é necessário uma menor demanda de água. Serão descritos especificamente as tecnologias via seca, com digestor de único estágio e fluxo pistão, não sendo avaliados os sistemas via seca de batelada, devido à sua pequena participação no mercado e sua limitação ao tratamento de resíduos agrícolas. a) Processo Dranco Uma empresa belga é proprietária da tecnologia Dranco, fundada em 1988, Organic Waste Systems (OWS). Em 1984, teve origem o primeiro digestor em escala-piloto na Gent, Bélgica e, em 1992, foi construído o primeiro em escala industrial na Brecht, Bélgica. A tecnologia Dranco caracteriza-se pelo processo de digestão anaeróbia termofílico via seca. O digestor apresenta único estágio, fluxo contínuo, vertical, cujo formato é cilíndrico e fundo cônico, possuindo um design semelhante a um silo de armazenamento, sua configuração pode ser representada na Figura 2.6. O digestor pode ser construído de concreto armado ou aço, possuindo facilidade de operação com uma diversidade de resíduos orgânicos e trabalha com uma variação de teores de sólidos totais entre 15% e 40%. Na entrada dos resíduos, os mesmos são aquecidos através da injeção de vapor, resultando em um aumento de temperatura para 50 C (INTERNATIONAL, 2005). O sistema de alimentação ocorre apenas uma vez ao dia através de bombas, sendo que o material entra na parte superior do digestor e é extraído na base, via fluxo descendente do material. Não há a necessidade de agitadores mecânicos, já que o processo de mistura é

55 45 garantido pela recirculação do material em digestão, de forma contínua. Neste processo, ocorre a mistura entre o resíduo alimentado e o material em digestão em uma proporção 6:1 (material digerido: resíduo fresco). A variação do tempo de detenção hidráulico está entre 20 a 30 dias e a produção de biogás entre 80 e 120 m 3 /t. O material extraído passa por prensas para ser desaguado a um teor de sólidos totais de 50%, em seguida é estabilizado aerobicamente por um período de duas semanas (INTERNATIONAL, 2005). Figura Modelos esquemáticos de um digestor com a tecnologia Dranco Fonte: Adaptada de WILLIAMS, 2004 e DE BAERE, b) Processo Kompogas É de propriedade da empresa suíça, sendo atualmente licenciada em diversos países, inclusive no Brasil, através da empresa alemã Kuttner. Em 1989, foi construído o primeiro digestor em escala-piloto, na Rümlang, Suíça, e o primeiro digestor em escala industrial teve origem em 1994, na Bachenbülach, Suíça (SCHMID, 2008). A tecnologia Kompogas caracteriza-se pelo processo de digestão anaeróbia via seca, cuja operação encontra-se na faixa termofílica (55 60 C). O digestor apresenta único estágio, fluxo pistão através de alimentação semicontínua, horizontal de formato retangular e fundo cilíndrico ou totalmente cilíndrico, podendo ser construído tanto de concreto armado ou aço, como representado na Figura 2.7. O resíduo que alimenta o digestor, depois de triado e triturado, fica armazenado em um tanque intermediário por um período de dois dias, sendo aquecido e o teor de matéria seca recebe ajuste a 28% em função do incremento do efluente

56 46 líquido do processo de desaguamento do lodo. Após passar pelo tanque, o material é enviado ao digestor via bomba de pistão. O material digerido passa por prensas ou centrífugas para ser desaguado a fim de chegar a um teor de matéria seca de 50%. Ocorre variação de unidade para unidade em relação a gestão do material digerido e do efluente do processo de desaguamento (INTERNATIONAL, 2005). Figura Modelo esquemático de um digestor com tecnologia Kompogas Fonte: Adaptada de Nas plantas de menor escala, os digestores utilizados são pré-fabricados em aço, enquanto que as plantas de maior escala apresentam digestores em concreto armado. O processo de agitação do material em digestão ocorre através de pás fixadas transversalmente a um único eixo longitudinal em relação ao digestor. O sistema kompogas foi projetado especificamente para operar com FORM, porém trabalha também com MOR, resíduos de poda, de indústrias processadoras de alimentos, dentre outros (INTERNATIONAL, 2005). Em relação a produção de biogás, plantas que empregam a tecnologia kompogas geram em média 100 m 3 por tonelada de resíduos orgânicos e 150 m 3 por tonelada de resíduos, cuja composição apresenta elevado teor de restos alimentares. A destinação do biogás varia de unidade para unidade.

57 47 c) Processo Valorga A tecnologia Valorga desenvolveu na França através da patente registrada por Ducellier G. e Isman M., mais tarde foi transferida para empresa Steinmuller Valorga Sarl, subsidiária da empresa alemã Steinmuller Rompf Wassertechnik GmbH. Atualmente, a tecnologia é de propriedade da empresa espanhola Urbaser. Primeiramente, o processo Valorga foi projetado para o tratamento de resíduos orgânicos, porém sofreu adaptação para o tratamento da FORM (BARCELOS et al., 2004). A tecnologia Valorga caracteriza-se pelo processo de digestão anaeróbia via seca, com operação na faixa mesofílica. O digestor apresenta único estágio, fluxo semicontínuo, vertical, cujo formato é cilíndrico e pode ser construído de concreto armado. A alimentação ocorre uma vez ao dia, de forma semicontínua, sendo que o material é introduzido através de bombas semelhantes as que são utilizadas para bombeamento de concreto. A extração do lodo é feita por um sistema de abertura e fechamento de válvulas, pois a coluna do lodo fornece pressão para a extração do material, com isso não é preciso o uso de bombas. Para um sistema auxiliar, uma bomba de pistão pode ajudar neste processo. No interior do digestor encontra-se uma parede, cujo comprimento é aproximadamente 2/3 do diâmetro do digestor, objetivando a separação da região de introdução da região de extração do lodo, como mostrado na Figura 2.8. Desta forma, o material é digerido em um sistema de fluxo pistão (INTERNATIONAL, 2005). O sistema de agitação do material em digestão ocorre através da injeção de biogás comprimido (5,9 a 7,9 atm) com o auxílio de orifícios encontrados na base do digestor, sem a presença de elementos mecânicos localizados em seu interior. A manutenção da temperatura é realizada com a injeção de vapor d água ao material afluente. A operação dos digestores é com teor de sólidos totais variando de 37 a 55%, apresentando um tempo de detenção hidráulica variando entre 18 e 25 dias, a produção de biogás varia entre 82 e 106 m 3 por tonelada de FORM alimentada e o consumo é em torno de 25% da energia produzida (INTERNATIONAL, 2005).

58 48 Figura Modelo esquemático de um digestor com tecnologia Valorga Fonte: Adaptada de d) Processo Laran (Ex - Linde-BRV) A tecnologia Laran desenvolveu através da empresa Linde BRV Biowaste Technologies, sendo atualmente de propriedade austríaca STRABAG Umweltanlagen GmbH. De acordo com Strabag 1 (2010), foi em 1994 a construção do primeiro digestor em escalapiloto em Baar, Suíça, enquanto que o primeiro a ser desenvolvido em escala industrial foi em 1996, em Sagard, Alemanha. A tecnologia Laran, conhecida como Linde-BRV, caracteriza-se pelo processo de digestão anaeróbia via seca, operando nas faixas termofílica ou mesofílica. O digestor apresenta único estágio, fluxo pistão semicontínuo, horizontal, cujo formato é retangular, pode ser construído de concreto armado, sua configuração está representado na Figura 2.9. Aceita a alimentação com uma variedade de resíduos orgânicos, como também teores de matéria orgânica entre 15% a 45% (STRABAG 2, 2010). A introdução do resíduo no digestor é realizada através de uma unidade compacta de alimentação. A extração do material digerido ocorre via bomba e tanque de vácuo, sendo que pode ser recirculado ou desidratado com auxílio de uma prensa, seguida por uma centrífuga e a estabilização ocorre geralmente em túneis de compostagem aeróbia. Como o sistema Laran aceita diversos tipos de resíduos com elevado teor de sólidos, trata também de resíduos orgânicos de poda, agrícolas, de indústrias e de FORM. O sistema de agitação ocorre através de pás rotatórias perpendiculares em relação às paredes laterais do digestor, sendo fixados em eixos perpendiculares ao fluxo do material em digestão, evitando a

59 49 formação de escuma e sedimentação de inertes. A presença de um piso móvel ajuda no transporte e na retirada da massa digerida (STRABAG 2, 2010). Em função do digestor cilindro ser registro de patente da Kompogas, esta tecnologia teve que desenvolver um formato retangular, impossibilitando o uso do eixo longitudinal para fixação dos agitadores mecânicos (EDELMANN, W. e ENGELI H, 2005). Segundo Ostrem (2004), é esperado que a geração de biogás no digestor Laran chegue a 100 m 3 por tonelada de FORM alimentada. Com base nos dados de Strabag 1 (2010), a capacidade instalada de uma planta utilizando tecnologia Laran é de t/ano, porém existe a planta de Valladolid, localizada na Espanha, com capacidade de t/ano. Atualmente são encontradas 21 plantas construídas ou em construção no mundo. Figura Modelo esquemático de um digestor com tecnologia Laran Fonte: Adaptado de STRABAG 2, 2010.

60 50 CAPÍTULO 3 ESTUDO DE CASO: BIOMETANIZAÇÃO SECA DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS No estudo de caso será analisada uma planta de tratamento de RSU localizada na Espanha, que utiliza o processo de biometanização via seca através da tecnologia Dranco. Além disso, será descrito todos os dados relacionados com a entrada de resíduos e a produção de energia e biogás, como também as etapas para o tratamento dos resíduos e os equipamentos utilizados no processo. 3.1 BIOCOMPOST: PLANTA DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DE VITÓRIA-GASTEIZ PARA O TERRITÓRIO DE ÁLAVA A Biocompost localiza-se na carretera Askarra, no distrito industrial de Jundiz, em Vitoria-Gasteiz, na Espanha. Sua capacidade de tratamento é de t/ano de RSU não segregados na fonte e t/ano de resíduos de poda. Na unidade de biometanização contém um digestor Dranco de m 3, que opera numa faixa de temperatura entre 50 e 55ºC, apresentando um tempo de detenção de 26 dias e uma capacidade de tratamento de t/ano de MOR. A capacidade de produção de biogás é de 6x10 6 m 3 por ano para gerar em torno de MWh/ano de energia elétrica. Sua construção iniciou-se em 2004, sendo que em 2006 iniciaram os testes de start-up. Sua área total é aproximadamente 6 ha e o custo de implantação foi de ,75 (vinte e três milhões duzentos e oitenta e nove mil duzentos e noventa e dois euros e setenta e cinco centavos). A operação da planta é através de um consórcio constituído pelas empresas FCC S.A. e Cespa Conter S.A.. Com o recebimento dos RSU, os mesmos passam por uma triagem manual a fim de remover os materiais volumosos, em seguida são encaminhados a um trommel, que segrega os materiais em três faixas de diâmetros diferentes, sendo elas:

61 51 >100 mm: Linha de materiais recicláveis. Estes materiais são enviados a sistemas de triagem manual e mecanizada, com o objetivo de recuperar os recicláveis. O rejeito formado nesta linha é destinado ao aterro sanitário mm: Linha de orgânicos com elevada composição de contaminantes (materiais inadequados ao processo de biometanização). Estes componentes são encaminhados ao sistema de compostagem. <40 mm: Linha de orgânicos com baixa composição de contaminantes. Estes materiais são enviados ao digestor para biometanização. Com a chegada dos caminhões na planta, os mesmos são pesados e direcionados a área de descarga. Os RSU são retirados dos caminhões para um dos fossos de recepção. A planta é constituída de dois fossos, apresentando um volume de acumulação de m 3, sendo um tamanho suficiente para armazenar a quantidade de RSU descarregados a cada dois dias. As linhas de pré-tratamento apresentam alto grau de automatização, possuindo uma capacidade de 30 t/h cada, sendo que a unidade de pré-tratamento foi projetada para recuperar no mínimo 8% dos RSU. A MOR é armazenada em um tanque pulmão de dimensão de 75 m 3 a fim de garantir um fluxo constante de matéria orgânica enviada ao digestor. Esse material é encaminhado a uma tolva de mistura, para mescla com parte do material extraído do digestor. Esta câmara que opera a uma temperatura de 50 ºC, através da injeção de vapor, cujo objetivo é aquecer o material. É acrescentado cloreto ferroso para diminuir a emissão de gás sulfídrico, e também terras diatomáceas para aumentar o teor de matéria seca. A produção de biogás é cerca de 138 Nm 3 /t de MOR alimentada e este processo promove a redução em torno de 15% em peso de MOR alimentada no digestor. O material retirado do digestor juntamente com o material extraído dos túneis de compostagem são direcionados ao galpão de maturação para formação do composto. A planta é constituída de três linhas de efluentes líquidos, sendo que uma das linhas é responsável pela captação das águas pluviais limpas, que são originadas dos telhados das unidades e das áreas sem risco de contaminação, e em seguida, são encaminhadas ao tanque para armazenamento e reutilização. Além desta, uma outra linha capta as águas pluviais de áreas com risco de contaminação e também, os efluentes resultantes do processo de lavagem de caminhões e dos recipientes de coleta dos RSU. Este efluente é destinado aos túneis de

62 52 compostagem e leiras de maturação, com o objetivo de umidificar o material. Já os efluentes provenientes do tratamento de resíduos são enviados a um tanque de armazenamento com capacidade de 172 m 3, para posterior coleta através dos caminhões limpa-fossa e, finalmente destinados a uma ETE. A meta futura é a construção de uma ETE na Planta TMB de Vitória- Gasteiz. A operação de todos os galpões é através de pressão negativa, onde o ar ambiente é encaminhado ao sistema de tratamento para remover os maus odores, e também os compostos que prejudicam a qualidade do ar. Este sistema de tratamento é composto por duas linhas, sendo que uma delas é responsável pela área de pré-tratamento e a outra pela área de compostagem (fermentação e maturação). Sabe-se que cada uma das linhas contém um scrubber, destinado a lavagem do ar, e um biofiltro de alto desempenho com eficiência mínima de 98% para retirada de compostos orgânicos voláteis. A Tabela 3.1 destaca os dados de entrada e saída da planta. De acordo com a tabela, a porcentagem de recuperação dos recicláveis é de 3,1% e a geração de resíduos da planta é maior que 62,8%. A produção de biogás foi de 14,4 Nm 3 por tonelada de resíduos recebidos e a geração de eletricidade foi de 8,5 KWh. O percentual de utilização da capacidade instalada foi de 48,8%.

63 53 Tabela Dados de entrada de resíduos e produção de energia e biogás da Biocompost 1 - Dado original: 450t - convertido para Nm 3 considerando 65% de metano e uma densidade 0, kg/m Calculado considerando 1m 3 de biogás igual a 1,7kWh de energia elétrica Fonte: Adaptado de Ayuntamiento de Vitoria-Gasteiz (2010). A Figura 3.1 representa o fluxograma da planta da Biocompost, cujas linhas de tratamento dos resíduos estão especificadas, como também os equipamentos utilizados no processo. A Figura 3.2 representa uma imagem de satélite da planta.

64 54 Figura Fluxograma da Planta TMB de Vitória-Gasteiz Fonte: Adaptado de < Figura Imagem de satélite do CTR Valladolid Fonte: GoogleEarth.