AVALIAÇÃO DOS RECALQUES EM SISTEMAS PILOTO DE ATERRAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

Transcrição

1 AVALIAÇÃO DOS RECALQUES EM SISTEMAS PILOTO DE ATERRAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Luciana Paulo Gomes (1) Prof a Dr a da Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS -Centro de Ciências Tecnológicas. Daniela Cristina da Conceição Bolsista de Iniciação Científica (bolsa UNISINOS). Agnes Fleck Bolsista de Iniciação Científica (bolsa FAPERGS). FOTO Endereço (1) : Av. Unisinos, 950 São Leopoldo - RS - CEP: Tel. (051) ramal Fax. (051) lugomes@dgeo.unisinos.tche.br. RESUMO Esta pesquisa está embasada em uma necessidade real (aplicada) de conhecimento sobre de que forma ocorre a biodegradação de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários. Para projetar-se um aterro sanitário obtendo-se bons resultados deve-se conhecer a composição física dos resíduos a serem dispostos, bem como as características do local e da região. Outro fator importante para este tipo de alternativa seria a compreensão de como ocorrem as biodegradações dos materiais sólidos no aterro. É, ainda importante uma correta previsão de como ocorrerão os recalques e as modificações geométricas nas células de lixo construídas. Os recalques em aterros sanitários de resíduos sólidos urbanos variam de 25 % a 50 % em relação a altura inicial dos resíduos (WALL & ZEISS in DECKA,1995). Normalmente, nos projetos, este parâmetro é tratado de forma análoga à uma movimentação de terra normal, ou seja os resíduos gerados são considerados como um tipo de solo, o que certamente não corresponde a realidade. Os resíduos dentro de um aterro sanitário são compostos em sua grande maioria de material facilmente degradável biologicamente, resultando em contínua movimentação do local, já que com a degradação, transformações de matéria ocorrem e volumes se transformam rapidamente, resultando em espaços vazios que em um próximo momento serão ocupados por outros materiais consequentemente variando a geometria das células de lixo. Os processos que provocam estes recalques que ocorrem em aterros sanitários podem ser subdivididos em três tipos, segundo DECKA (1995) : 1) a compactação dos resíduos, durante a operação / construção das células; 2) os processos físicos, e 3) os processos biológicos, que ocorrem durante todas as fases de degradação dos resíduos. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1834

2 Neste trabalho propõe-se o estudo do terceiro tipo de processo acima citado. Os resultados obtidos com as pesquisas servirão de embasamento teórico para projetos de concepção e construção de aterro sanitário para tratamento e disposição final de resíduos sólidos urbanos. Foram construídos três reatores piloto onde variar-se-á algumas condições externas, a saber: reator 1: resíduos sólidos compactados com recirculação de chorume; reator 2: resíduos sólidos compactados sem recirculação de chorume, e reator 3: resíduos sólidos compactados, nas mesmas condições do segundo reator, contudo será neste reator que as amostras de sólidos e chorume serão coletadas. A metodologia empregada consiste na determinação de sólidos totais voláteis (da parte sólida e do chorume) e altura dos resíduos dentro dos reatores piloto (reatores 1 e 2), com freqüência de amostragem de três vezes por semana. PALAVRAS-CHAVE: Resíduos Sólidos Urbanos, Aterro Sanitário, Recalques, Chorume. JUSTIFICATIVA Antigamente, áreas para disposição de rejeitos eram facilmente localizadas, não resultando em problema de relevante importância para os técnicos responsáveis. Atualmente, com as taxas de crescimento populacional na ordem de 4 % ao ano e com as cidades expandindo seus limites a cada dia, locais para dispor resíduos são cada vez mais difíceis de se encontrar. Também existe uma maior preocupação com os impactos ambientais que tais procedimentos poderão causar, assim mais e mais vem-se estudando formas de dispor o lixo gerado pelas comunidades. Sob outro enfoque pode-se pensar que o ideal seria imaginar-se uma tendência à diminuição da geração de resíduos, contudo sabe-se que na prática, por mais que os hábitos de vida alteremse, sempre estar-se-á produzindo lixo. É uma prática inerente às atividades humanas, assim cabe apenas tentar-se diminuir os volumes e tratar de resolver o problema do restante gerado. Esta seria uma solução à longo prazo, qual seria a médio e curto prazo? A médio prazo, a Educação Ambiental, ligada a projetos de coleta seletiva e reciclagem de resíduos seriam boas alternativas. Para atender as demandas atuais (a produção diária per capita média no Brasil é de quase 1000 gramas de lixo doméstico, fora o industrial e o de serviços de saúde) programas de atuação imediata devem ser implantados. A geração de resíduos sólidos urbanos retrata um dos mais graves problemas contemporâneos da sociedade moderna. No Brasil, cerca de 76% das toneladas diárias de resíduos sólidos urbanos produzidos são dispostas a céu aberto (lixões) e apenas 24% restantes recebem um tratamento mais adequado. Destas, 13% vão para aterros controlados, 10% para aterros sanitários, 0,9% para usinas de compostagem e 0,1% para usinas de incineração (TIVERON et al in VILAR et al, 1996). Observa-se desta forma que, no Brasil, como em grande maioria dos países distribuídos pelo Planeta, a alternativa amplamente adotada para disposição e tratamento dos resíduos sólidos 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1835

3 urbanos gerados diariamente pela população ainda é o Aterro Sanitário, dentre os processos aceitos como adequados do ponto de vista de Saneamento Básico. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1836

4 Um dos processos empregados largamente nos últimos anos no país trata da Biorremediação de áreas, o qual prevê a reutilização da área de descarte dos resíduos sob técnicas que controlam as transformações de matéria e energia. Na verdade este processo vem sendo bastante utilizado para outras finalidades, por exemplo em áreas que sofreram derramamento de compostos químicos (petróleo, creosoto, solventes, pesticidas e outros) ( COOKSON Jr., 1995). De uns tempos para cá, alguns projetos de tratamento de resíduos sólidos urbanos vem empregando esta técnica, já aplicando a definição dada por MARGARIDO et al, 1996 onde a biorremediação reproduz o que a natureza realiza, porém com um manejo que propicia uma velocidade de interesse prático através da inoculação de microrganismos selecionados, injeção de nutrientes, aeração, oxigenação química, etc. Em se tratando de resíduos orgânicos, o objetivo final da biodegradação é a conversão dos mesmos à biomassa e a subprodutos não nocivos do metabolismo microbiano, tais como dióxido de carbono, metano e sais inorgânicos (GEHLING, 1996). Do ponto de vista dos projetos de Aterros Sanitários, VILAR et al, 1996 afirmam que, no Brasil, os trabalhos tem se caracterizado pela simples adoção de critérios e parâmetros de projeto baseados na experiência de países de primeiro mundo, sem que haja uma confirmação ou adequação às condições nacionais. Acredita-se que pode-se projetar um Aterro Sanitário com bons resultados conhecendo-se a composição dos resíduos, bem como as características do local e da região. Outro fator importante para este tipo de alternativa seria a compreensão de como ocorrem as biodegradações dos materiais sólidos no aterro, sendo importante uma correta previsão de como ocorrerão os recalques e as modificações geométricas nas células de lixo construídas. OBJETIVOS ESPECÍFICOS O objetivo deste trabalho é determinar os recalques existentes em reator-piloto de resíduos sólidos urbanos FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Os recalques em Aterros Sanitários de resíduos sólidos urbanos variam de 25 % a 50 % em relação a altura inicial dos resíduos (WALL & ZEISS in DECKA,1995). Normalmente, nos projetos, este parâmetro é tratado de forma análoga à uma movimentação de terra normal, ou seja os resíduos gerados são considerados como um tipo de solo, o que certamente não corresponde a realidade. Os resíduos dentro de um aterro sanitário são compostos em sua grande maioria de material facilmente degradável biologicamente, resultando em contínua movimentação do local, já que com a degradação, transformações de matéria ocorrem e volumes se transformam rapidamente, resultando em espaços vazios que em um próximo momento serão ocupados por outros materiais consequentemente variando a geometria das células de lixo. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1837

5 Os processos que provocam estes recalques que ocorrem em Aterros Sanitários podem ser subdivididos em três tipos, segundo DECKA (1995) : 1) A compactação dos resíduos, durante a operação / construção das células; 2) Os processos físicos, e 3) Os processos biológicos, que ocorrem durante todas as fases de degradação dos resíduos. Outro parâmetro fortemente influenciado por estes processos é a densidade dos resíduos. DECKA (1995) apresenta dados interessantes sob este aspecto. A densidade média do lixo fresco varia entre 100 e 300 kg/m 3. Com a compactação deste material nas células do aterro, a densidade obtida resulta em 700 a 900 kg/m 3, e em resultado dos processos físicos e biológicos que ocorrem no interior do aterro, chega-se a valores de 1000 a 1300 kg/m 3. O trabalho de DECKA (1995) contém boa revisão bibliográfica sobre modelos matemáticos que expliquem as diferentes causas dos recalques. Este projeto pretende obter, para condições brasileiras, dados que permitam verificar qual função matemática que melhor se adequa ao tipo de resíduos e condições externas e de operação. METODOLOGIA Foram construídos três reatores piloto onde variar-se-á algumas condições externas, a saber: reator 1 : resíduos sólidos compactados com recirculação de chorume; reator 2: resíduos sólidos compactados sem recirculação de chorume, e reator 3: resíduos sólidos compactados, nas mesmas condições do segundo reator, contudo será neste reator que as amostras de sólidos e chorume serão coletadas. Todos os reatores foram construídos com tubos de concreto prémoldado sendo que os reatores 1 e 2 possuem 1 metro de diâmetro e três metros de altura, enquanto que o reator 3, de mesmo diâmetro, possui apenas um metro de altura. A altura dos reatores igual a três metros foi escolhida em função desta ser uma medida corriqueira para células reias de aterramento de resíduos em Aterros Sanitários. A metodologia empregada consiste na determinação de sólidos totais voláteis (da parte sólida e do chorume), segundo APHA, 1992 e altura dos resíduos dentro dos reatores piloto (reatores 1 e 2), em quatro pontos distintos, com freqüência de amostragem de três vezes por semana. Os resíduos sólidos urbanos compactados nos reatores foram classificados conforme uma caracterização física média de lixo doméstico brasileiro, tendo sido utilizado os dejetos produzidos na própria Universidade. A Tabela 1 indica a caracterização física obtida e empregada neste trabalho. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1838

6 Figura 1: Fotografia da construção dos reatores-piloto. Tabela 1 : Caracterização física dos resíduos sólidos urbanos compactados. REATOR 1 c/ recirculação REATOR 2 s/ recirculação REATOR 3 s/ recirculação Composição Física Média Final (kg) (%) (kg) (%) (kg) (%) (kg) (%) MATÉRIA ORGÂNICA 582,8 60,3 584,8 60,3 200,0 60,3 1367,6 60,3 PAPEL 223,4 23,1 224,1 23,1 76,5 23,0 524,0 23,1 PLÁSTICO 116,2 12,0 116,6 12,0 39,4 11,9 272,2 12,0 METAL 27,7 2,9 27,6 2,8 10,8 3,3 66,1 2,9 VIDRO 16,4 1,7 16,4 1,7 5,2 1,6 38,0 1,7 OUTROS Totais : 966,5 100,0 969,5 100,0 331,9 100,0 2267,9 100,0 Observações : Volume Útil Total dos Reatores : 0,7854 m 3 x 7 tubos = 5,4978 m 3 Massa de lixo Total dos Reatores : 2267,9 kg Peso Específico médio : 412,5 kg/m 3 RESULTADOS As Figuras a seguir indicam os resultados parciais até o momento obtidos com este trabalho. Determinações de ph (Figura 2) foram realizadas em amostras de chorume retiradas dos reatores 1 (com recirculação) e 3 (sem recirculação). Cabe ressaltar que nunca retirou-se 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1839

7 amostras líquidas ou sólidas do reator 2 de forma a evitar-se o aumento de recalque devido a retirada de amostras. As medidas de recalque nos reatores 1 e 2 foram realizadas com auxílio de uma régua graduada. Sempre foram marcados os recalques observados em quatro pontos da superfície de cada reator, conforme esquema na Figura 3. As Figuras 4, 5 e 6 indicam estas determinações, até o momento efetuadas. 6 ph 5 5 Reator 3 (sem recirculação) Reator 1 (com recirculação) Tempo (dias) Figura 2 : Determinações de ph Figura 3 : Vista superior dos reatores-piloto, com indicação dos pontos de medição dos recalques. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1840

8 Recalques (cm) y = -0,0007x 2 + 0,2855x R 2 = 0, Tempo (h) Figura 4 : Recalques observados no Reator 1- com recirculação de chorume Recalques (cm) y = -0,0004x 2 + 0,2126x R 2 = 0, Tempo (h) Figura 5 : Recalques observados no Reator 2 - sem recirculação de chorume 12 Recalques (%) Reator 1 Reator Tempo (h) Figura 6 : Recalques observados nos dois reatores com (Reator 1) e sem (Reator 2) recirculação de chorume PONTO 1 PONTO 2 PONTO 3 PONTO 4 PONTO 1 PONTO 2 PONTO 3 PONTO 4 Também foram realizadas, no Reator 3, análises de Sólidos Totais Voláteis (STV) em amostras dos sólidos e do chorume. Os resultados obtidos até o momento, para o primeiro tipo de amostras, são apresentados na Figura 7. A Figura 8 indica, em um mesmo gráfico o comportamento das determinações de Recalque nos Reatores 1 e 2 e STV no Reator o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1841

9 STV (mgl) y = -9E-06x 3 + 0,002x 2-0,1118x + 94,31 R 2 = 0, Tempo (h) Figura 7 : Sólidos Totais Voláteis medidos em amostras sólidas e n chorume do Reator Recalques (%) STV (mg/l) Tempo (h) 75 Recalques R1 Recalques R2 STV R3 Figura 8 : Recalques e Sólidos Totais Voláteis observados DISCUSSÃO Como os resultados são, até o momento, parciais, deteremo-nos a discutir apenas estes dados, sem ainda realizar qualquer comparação com outros trabalhos. Em termos de ph os resíduos aterrados estão produzindo um chorume na faixa de 5 a 6, o que é normalmente encontrado em chorumes de processos anaeróbios de degradação de R.S.U. Os dados observados para os diferentes pontos de medição dos recalques na superfície dos reatores indicam variações irrelevantes, sendo de 4,0 % e 3,4 % o desvio padrão calculado para os Reatores 1 e 2, respectivamente. Os resultados até o momento (tempo de aterramento igual a 200 dias) indicam recalques totais da ordem de 11,26 % e 10,61 % para os reatores 1 e 2, respectivamente. Estes valores, representados em termos de altura de resíduo em cada Reator resultam em 31 cm e 27 cm, 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1842

10 respectivamente, sendo assim pequena a aceleração dos recalques devida a recirculação do chorume no Reator 1. Os resultados de sólidos totais voláteis, indicados na Figura 7, mostram um decaimento total da ordem de 15, 84 % (prático) e 15, 23 % (teórico), ficando desta forma bastante próximos dos valores obtidos para a redução dos recalques. Cabe considerar aqui que os recalques foram medidos nos Reatores 1 e 2 e os sólidos voláteis totais no Reator 3, contudo como a composição dos resíduos foi a mesma nos três reatores (Tabela 1), a única variação é na recirculação do chorume no Reator 1. Estes valores (recalques e STV) da mesma ordem de grandeza confirmam o conhecimento teórico de que o decaimento do material biodegradável ao longo do período de digestão anaeróbia é diretamente proporcional aos recalques ocorridos. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1843

11 CONCLUSÕES Esta pesquisa possui apoio do FAPERGS, via bolsa de iniciação científica, até março de 1998, sendo a partir daí publicados os resultados finais deste trabalho. Este projeto será complementado com etapas de ensaios de laboratório onde estudos da biodegradabilidade dos resíduos sob a ótica da microbiologia e bioquímica do processo serão realizados. Complementando a pesquisa, os dados obtidos serão tratados estatísticamente e será elaborado o modelo matemático representativo da degradação de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários. Pretende-se com os resultados alcançados poder avaliar efetivamente os recalques que ocorrem com a degradação dos resíduos no solo e com isto permitir a compreensão de como ocorrem as modificações geométricas em Aterros Sanitários. Segundo DECKA, 1995 a aplicação prática destes resultados consiste em apresentar aos projetistas de Aterros Sanitários elementos suplementares para permitir um maior conhecimento das diferentes estruturas que atravessam os resíduos (elementos de captação de gases e chorume) e aquelas que o limitam (elementos de impermeabilização). Segundo, a aplicação destes resultados permite uma utilização otimizada do volume de resíduo e consequentemente com uma prolongação da duração da vida útil do Aterro. E ainda, permite uma previsão dos recalques, indispensável para a definição da utilização futura da área. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA. (1992) Standard methods for the examination of water and wastewater. 18 a edição, Washington. 2. COOKSON Jr., J.T. (1995) Bioremediation engineering - Design and Application. Edit. Mc Graw Hill, Inc., 525 p. 3. DECKA, I. (1995) Dynamique du tassement dans une décharge de déchets solides urbains. Dissertação de Mestrado, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne / França. 4. GEHLING, G.R. (1996) Métodos de biorremediação de solos contaminados. Simp. Internac. de Qualidade Ambiental, Porto Alegre- RS, pp MARGARIDO et al (1996) O espaço da biorremediação. Simp. Internac. de Qualidade Ambiental, Porto Alegre- RS, pp VILAR et al (1996) Investigações geotécnicas em aterros sanitários. Simp. Internac. de Qualidade Ambiental, Porto Alegre- RS, pp o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1844