UTILIZAÇÃO DE PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POAs) NO TRATAMENTO DE LÍQUIDOS PERCOLADOS PROVENIENTES DO ATERRO SANITÁRIO DE UBERLÂNDIA-MG/BRASIL

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1 UTILIZAÇÃO DE PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POAs) NO TRATAMENTO DE LÍQUIDOS PERCOLADOS PROVENIENTES DO ATERRO SANITÁRIO DE UBERLÂNDIA-MG/BRASIL * Márcia Gonçalves Coelho Engenheira Química pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), mestre em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCAr) e Doutora em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), atuando nas áreas de Catálise Heterogênea e Engenharia Ambiental. Ë professora Adjunta da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia (MG)- Brasil Luciana Pinheiro Santos Universidade Federal de Uberlândia Cristiane Lopes dos Santos Universidade Federal de Uberlândia Sílvia Mônica Azevedo de Andrade Universidade Federal de Uberlândia Universidade Federal de Uberlândia(MG) - Brasil Endereço (*): Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Química Av. João Naves de Ávila, 2160 Bloco K Campus Santa Mônica Uberlândia MG Brasil - CEP FONE: FAX: mgcoelho@ufu.br RESUMO A geração descontrolada e a disposição inadequada de resíduos sólidos têm gerado sérios problemas de degradação do meio ambiente, como é o caso do chorume - líquido constituído de uma mistura de substâncias orgânicas e inorgânicas, compostos em solução e em estado coloidal, e diversas espécies de microrganismos que percola pelo aterro sanitário. O chorume deve ser tratado antes de seu descarte em um corpo receptor, evitando-se maiores riscos de contaminação do solo e das águas superficiais e subterrâneas. Os Processos de Oxidação Avançada (POAs) têm se mostrado uma tecnologia eficiente no tratamento de contaminantes presentes nas águas, principalmente substâncias orgânicas de difícil degradação. Este trabalho experimental foi realizado com o objetivo de comparar dois tipos de Processos Oxidativos Avançados para tratamento de líquidos percolados (chorume) provenientes do aterro sanitário do município de Uberlândia-MG, avaliando-se eficiência de remoção de DQO e custos operacionais. Os POAs utilizados neste estudo foram a Ozonização e Reação de Fenton. Para os ensaios de ozonização foi utilizado o ozonizador calibrado para gerar ozônio a uma vazão de 0,25 g/min Para os testes com a reação de Fenton foram utilizados H 2 O 2 (30%) e FeSO 4.7H 2 O com dosagem calculada com bases estequiométricas. A biodegradabilidade do chorume, dada pela relação DBO5/DQO, apresentou-se com um valor variável entre 0,48 e 0,13. Observou-se que o aterro sanitário encontra-se em uma fase intermediária entre a acidogênica e a metanogênica. Remoções consideráveis de DQO foram obtidas com a utilização de 106,7g/L de ozônio alcançando 59% e 50% de eficiência, respectivamente. O emprego do ozônio interferiu significativamente em alguns parâmetros de caracterização do chorume como: turbidez, condutividade e ácidos graxos voláteis. Com a reação de Fenton foram alcançadas remoções de DQO de 22% e 50%, respectivamente, em um tempo de reação de 30 minutos com agitação magnética. Palavras-chave: ATERRO SANITÁRIO. PROCESSOS OXIDATIVOS. OZÔNIO. REAÇÃO FENTON. INTRODUÇÃO A geração descontrolada e a disposição inadequada de resíduos sólidos têm gerado sérios problemas de degradação do meio ambiente, provocando alterações no solo, ar e nos recursos hídricos, acarretando, assim, a poluição do meio ambiente e reduzindo a qualidade de vida do homem. Os aterros sanitários configuram-se como sistemas biológicos 1

2 predominantemente anaeróbios, ocorrendo assim a conversão da matéria orgânica em gás metano e em líquidos percolados (chorume). A formação de chorume é realizada por digestão da matéria orgânica sólida, através da ação de exo-enzimas produzidas pelas bactérias. Estas enzimas solubilizam a matéria orgânica, para que esta possa ser assimilada pelas células bacterianas. O chorume é um líquido constituído de uma mistura de substâncias orgânicas e inorgânicas, compostos em solução e em estado coloidal, e diversas espécies de microrganismos que podem causar consideráveis problemas ambientais. Diversos fatores influenciam na composição do chorume, bem como sua geração e migração. Este líquido que percola do aterro sanitário pode conter muitos compostos biorefratários e tem uma carga e composição muito variável que depende das condições do tempo e operação do aterro (KARRER et al., 1996). Devido às suas características peculiares, o chorume deve ser tratado antes de seu descarte em um corpo receptor, evitando-se maiores riscos de contaminação tanto do solo como das águas superficiais e subterrâneas, resultando em sérias conseqüências à saúde pública. Várias opções de tratamento tem sido utilizadas para tratamento do chorume apresentando variações nos graus de eficiência. Os processos de tratamento físico-químico são extensivamente usados em tratamentos de águas e os mais adequados para tratamento de efluentes industriais e domésticos. Estes processos incluem a precipitação química e coagulação, oxidação química, adsorção em carbono ativado, air-stripping, ajuste de ph, permutação de íons e membrana de separação (FORGIE, 1988). No entanto, quando se tem um efluente de difícil degradação, com substâncias tóxicas e recalcitrantes, em baixas ou altas concentrações, se faz necessário à utilização de outros recursos. Os chamados Processos de Oxidação Avançada (POAs) têm se mostrado uma tecnologia eficiente no tratamento de contaminantes, sendo largamente empregados no tratamento de águas de subsolo e de superfície contaminadas, efluentes industriais, água potável, chorume de aterros sanitários e esgoto doméstico, uma vez que estes processos são extremamente eficientes para destruir substâncias orgânicas de difícil degradação e muitas vezes em baixa concentração. Os POAs são tecnologias limpas e altamente eficientes, pois envolvem a geração de radical hidroxila ( OH) altamente oxidantes que destroem as moléculas orgânicas presentes em águas contaminadas. O sucesso destes processos está baseado no fato de que as constantes de reação para as reações entre os radicais OH e muitos poluentes orgânicos são altas. Pode-se dividir os POAs em dois grupos grandes grupos: aqueles que envolvem reações homogêneas usando H 2 O 2, O 3 e/ou luz UV; aqueles que promovem reações heterogêneas usando óxidos ou metais fotoativos, como o dióxido de titânio. A TABELA 1 mostra o potencial de oxidação para vários oxidantes em água. TABELA 1: Potencial de oxidação para vários oxidantes em água. Oxidante Potencial de oxidação (ev) a OH 2,80 O( 1 D) 2,42 O 3 2,07 H 2 O 2 1,77 Radical Peridróxi 1,70 Íon Permanganato 1,67 Dióxido de cloro 1,50 Cloro 1,36 O 2 1,23 a Fonte: CRC Handbook

3 Como se pode observar, o potencial de oxidação para o radical OH é superior aos potenciais de oxidação de outros oxidantes comumente usados, como cloro e dióxido de cloro. Além disso, os POAs se destacam pela sua flexibilidade de aplicação a uma grande variedade de problemas relacionados com contaminantes em água. A utilização dos Processos Oxidativos Avançados no tratamento de líquidos percolados (chorume) não é somente eficiente como também viável economicamente, principalmente na Reação de Fenton, onde os equipamentos e reagentes necessários não sugerem altos investimentos. O objetivo deste trabalho é fazer uma comparação entre a oxidação por ozônio e pelo reativo Fenton, no tratamento de líquidos percolados provenientes do aterro sanitário do município de Uberlândia, observando-se inicialmente a eficiência destes processos para o tratamento do chorume bruto. Apesar da pouca idade do aterro (7 anos), a relação DBO 5 /DQO para os líquidos percolados é muito baixa no período das secas, apresentando características metanogênicas mais acentuadas. MATERIAIS E MÉTODOS Os líquidos percolados (chorume) utilizados foram coletados no Aterro Sanitário do município de Uberlândia - MG, a jusante da estação de tratamento. Os métodos empregados na caracterização dos mesmos são os descritos no APHA (1992). A TABELA 2 apresenta a caracterizaação físico-química do chorume utilizado para a realização do trabalho experimental. TABELA 2: Caracterização Físico-química dos líquidos percolados (chorume), para amostras com diferentes relações DBO 5 /DQO Parâmetros Amostra 1 DBO 5 /DQO=0,48 ph 7,8 7,89 DQO (mg/l) DBO 5 (mg/l) ,1 DBO 5 /NH 4 1,75 0,23 ST (mg/l) 10, SF (mg/l) SV (mg/l) SST (mg/l) ,3 SSF (mg/l) SSV (mg/l) 37 86,3 Turbidez (NTU) Condutividade (µs/cm) Densidade (g/ml) 1,19 1,16 Acidez (mg/l) Alcalinidade (mg/l) Cloretos (mg/l) Nitrogênio Amoniacal (mg/l) Óleos e Graxas (mg/l) 27,20 76,4 Fósforo (mg/l) 7,1 4,7 ÁGV (mg/l) Surfactantes Aniônicos (mg/l) 3,17 3,66 Amostra 2 DBO 5 /DQO=0,13 Para os ensaios de ozonização foi utilizado o ozonizador OZONIA, calibrado para gerar ozônio a uma vazão de 0,25 g/min A massa de ozônio utilizada no processo foi calculada da seguinte forma: 0,25gO3 mo3 t(min.) = Vamostra( L) min. L equação (1) 3

4 Todos os ensaios de ozonização foram realizados em temperatura ambiente. Para os ensaios com a reação de Fenton, a dosagem de H 2 O 2 (30%) foi baseada na razão estequiométrica com respeito a DQO. Esta foi calculada assumindo a completa oxidação da DQO como mostrado abaixo. A dosagem de ferro foi também adicionada a uma razão molar de H 2 O 2 : Fe (II). 1g DQO = 1g O 2 = 0,03125 mol O 2 = 0,0625 mol H 2 O 2 = 2,125 g H 2 O 2 equação (2) As reações foram realizadas a temperatura ambiente, aproximadamente 25 C, ph=3,0, em béquer de vidro contendo 200 ml do meio. Considerou-se iniciado o processo oxidativo a partir da adição dos reagentes H 2 O 2 e FeSO 4.7H 2 O. A homogeneização do meio reacional era feita através de um agitador magnético. RESULTADOS E DISCUSSÕES A biodegradabilidade do chorume, dada pela relação DBO5/DQO, apresentou-se com um valor variável entre 0,48 e 0,13. Esta variação é explicada pela mudança nas características do chorume, que por sua vez é dependente da sazonalidade. Foi observado em períodos chuvosos um aumento desta relação, devido à infiltração de água no maciço, e a um aumento da decomposição do material orgânico por aerobiose, facilitada pela presença de oxigênio dissolvido na água. Observou-se que alguns parâmetros analisados apresentaram-se abaixo do limite de lançamento de efluentes, de acordo com a COPAM 10 e CONAMA 20. Com as concentrações de ozônio utilizadas no experimento, obteve-se uma considerável diminuição na DQO. As faixas de concentrações de ozônio variaram entre 13,3 g/l 106,7 g/l. A Tabela 3 apresenta onde os parâmetros de caracterização dos líquidos percolados (chorume) após o processo de ozonização. TABELA 3: Caracterização Físico-química dos líquidos percolados (chorume) pós-ozonização, para amostras com diferentes relações DBO 5 /DQO. Concentração DQO Turbidez Nitrogênio Cloretos AGV Condutividade de O 3 (g/l) (mg/l) (NTU) amoniacal (mg/l) (mg/l) (µs/cm) Amostra 1 DBO5/DQO=0,48 Amostra 2 DBO5/DQO=0,13 (mg/l) 13, , , , , , , , , , , , , , , , Remoções consideráveis de DQO foram obtidas somente com a utilização de altas concentrações de ozônio, como pode ser visto pela FIGURA 1, que apresenta os resultados de eficiência de remoção de DQO em função da concentração 4

5 ozônio obtidos no ensaio de ozonólise do chorume bruto. A ozonólise tornou-se mais eficiente em amostras com maior biodegradabilidade, ou seja, maior razão DBO 5 /DQO. As figuras 2 e 3 apresentam as eficiências na remoção de turbidez e ácidos graxos voláteis, respectivamente, para amostras com diferentes razões DBO 5 /DQO. Eficiência de Remoção de DQO (%) DBO/DQO=0,48 DBO/DQO=0,13 Concentração de O 3 (g/l) Figura 1: Eficiência de Remoção da DQO em Função da Concentração de Ozônio (O 3 ), para amostras com diferentes relações DBO 5 /DQOO Eficiência de Remoção de Turbidez (%) DBO/DQO=0,48 DBO/DQO=0,13 Concentração de O 3 (g/l) Figura 2: Eficiência de Remoção da Turbidez em Função da Relação da Concentração de Ozônio (O 3 ), para amostras com diferentes relações DBO 5 /DQOO 5

6 Eficiência de Remoção de AGV (%) DBO/DQO=0,48 DBO/DQO=0,13 Concentração de O 3 (g/l) Figura 3: Eficiência de Remoção de Ácidos Graxos Voláteis em Função da Concentração de Ozônio (O 3 ), para amostras com diferentes relações DBO 5 /DQOO Observa-se pelas figuras que a utilização do ozônio diminuiu consideravelmente a turbidez, independente da razão DBO 5 /DQO. Entretanto, houve maior remoção de ácidos graxos voláteis na amostra com menor biodegradabilidade. Após tratamento com ozônio, houve aumento da concentração de cloretos, nitrogênio amoniacal e condutividade, especialmente para a amostra com razão DBO 5 /DQO=0,13, indicando a quebra de compostos clorados e nitrogenados no meio reacional. As remoções de DQO para as condições adotadas na reação de Fenton alcançaram um máximo de eficiência na remoção de DQO de 50 % e 22%, CONCLUSÕES A partir dos resultados obtidos neste trabalho, nas condições operacionais adotadas pode-se concluir que: 1) O aterro sanitário encontra-se em uma fase intermediária entre a acidogênica e a metanogênica; 2) Remoções consideráveis de DQO foram obtidas somente com a utilização de altas concentrações de ozônio; 3) O emprego do ozônio interferiu significativamente em alguns parâmetros de caracterização dos líquidos percolados (chorume), tais como: turbidez, condutividade e ácidos graxos voláteis; 4) Com a reação de Fenton foram alcançadas remoções de DQO de 22% e 50%, para as amostras com razão DBO 5 /DQO = 0,48 e 0,13, respectivamente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA, AWWA, Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 20 ed., New York, WPCF, BARBOSA, R. M. et al. O Chorume dos Depósitos de Lixos Urbanos: Composição, Evolução, Diluição, Extensão, Processos, Poluição e Atenuação. Revista Bahiana de Tecnologia, v. 14, p , Camaçari, BIDONE, F. R. A.; POVINELLI, J.; COTRIM, S. L. S. Tratamento de Lixiviado de Aterro Sanitário através de Filtros Percoladores. 19º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, CAMMAROTA, M. C.; RUSSO, C.; SANT ANNA JR, G. L. Tratabilidade do Chorume Gerado no Aterro Sanitário Metropolitano do Rio de Janeiro. I Encontro Brasileiro de Ciências, v. 2, p , DEZOTTI, M., RUSSO,C., Teste de Toxicidade e Tratamento Primário de Efluentes, In: Técnicas de Controle Ambiental em Efluentes Líquidos, FORGIE, 1988 JOHANSEN, O. J.; CARLSON, D. A. Characterization of Sanitary Landfill Leachates. Water Research, v. 10, p , 1976.KARRER, 1996 MONTALVÃO, F., Ozone for Decolorization of Textile Wastewaters, report WW , White Martins,