INFLUÊNCIA DAS CONCENTRAÇÕES DE MATÉRIA ORGÂNICA NO COMPORTAMENTO DOS RECALQUES EM CÉLULAS EXPERIMENTAIS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

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1 INFLUÊNCIA DAS CONCENTRAÇÕES DE MATÉRIA ORGÂNICA NO COMPORTAMENTO DOS RECALQUES EM CÉLULAS EXPERIMENTAIS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS 1 Rômulo de Medeiros Caribé; 2 Márbara Vilar de Araújo Almeida; 3 Elaine Patrícia Araújo; 4 Márcio Camargo de Melo; 5 Veruschka Escarião Dessoles Monteiro; 6 William de Paiva. RESUMO Problemas que envolvem operações, funcionamento, estabilidade e deformabilidade são frequentes em aterros sanitários e a presença de matéria orgânica contribui diretamente para que estes problemas ocorram. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência das concentrações de matéria orgânica presentes em Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) de Campina Grande/PB relacionado à evolução dos recalques em células experimentais de bancada sob condição meteorológica local. A amostra de RSU foi obtida através de um planejamento estatístico para representar a cidade de Campina Grande/PB e, posteriormente, passando por um tratamento, acondicionou-se em duas células experimentais, no qual apresentaram composições de matéria orgânica distintas. As células experimentais foram confeccionadas em vidro temperado com capacidade de 0,090 m 3. Durante o monitoramento ocorreram medições de recalques e pesagens das células através de medições in situ. Ao longo do tempo de monitoramento, a célula contendo matéria orgânica (MO), apresentou maior compressibilidade do que a célula com resíduos totais (RT). Pôde-se concluir que a célula com maior concentração de matéria orgânica, apresentou maior influencia no comportamento dos recalques, além de outros fatores. PALAVRAS-CHAVE: Resíduos Sólidos Urbanos, Matéria orgânica, Recalque. ABSTRACT Problems that involve operations, functioning, stability and deformability are frequent in landfills and the presence of organic matter contributes directly to these problems occur. The objective of this work was to study the influence of the concentrations of organic matter present in municipal solid waste (MSW) in Campina Grande / PB related to the evolution of settlements in stand experimental cells, provided local meteorological. The MSW sample was obtained using a statistical design to represent the city Campina Grande / PB and subsequently undergoing a treatment, which was conditioned in two experimental cells, which had different compositions of organic matter. The experimental cells were made of tempered glass with a capacity of m3. The monitoring measurements of settlements and weighing cells were performed through the measurements in situ. Over time the monitoring, the cell containing organic matter (OM), presented higher compressibility than the cell with total residues (RT). It was concluded that the cell with the highest concentration of organic matter, presented greater influence on the behavior on the settlements, beyond other factors. KEY-WORDS: Municipal Solid Waste, Organic matter, Settlements. 1 Universidade Federal de Campina Grande, Rua Ney Câmara, 87, Santa Rosa, Campina Grande PB, Brasil, Fone: (83) , romulo_dk18@hotmail.com. 2 marbara_vilar@hotmail.com. 3 elainepatriciaaraujo@yahoo.com.br. 4 melomc90@gmail.com. 5 veruschkamonteiro@hotmail.com. 6 wili123@ig.com.br. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 1

2 INTRODUÇÃO Os recalques em aterros de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) são frutos de complexos processos de degradação biológica com inúmeras vias metabólicas e dependentes de fatores ambientais. Eles são importantes, pois estes podem auxiliar na previsão da vida útil destes locais de disposição de resíduos e até o seu aproveitamento futuro. Em aterros de RSU, os recalques ou redução da altura e volume, são frutos da perda de massa sólida dos seus constituintes orgânicos que ocasiona rearranjos, distorções e outros fatores que façam com que os resíduos diminuam em volume e massa. Segundo Melo (2011), o maior contribuinte para que os recalques ocorram é a matéria orgânica presente no interior da massa de resíduos e quanto maior a sua concentração, maior será o recalque. Conforme Carvalho (1999) são frequentes problemas que envolvem operações, funcionamento, estabilidade e deformibilidade em aterros sanitários. A presença de matéria orgânica e umidade faz com que o comportamento dos aterros sanitários seja imprevisível, pois estes podem gerar situações críticas a sua estabilidade, a médio e longo prazo, trazendo riscos a população. Melo (2003) estudando uma célula de aterro sanitário em escala real no aterro sanitário da Muribeca na região metropolitana do Recife, PE, verificou que as condições meteorológicas influenciaram na magnitude e tempo de duração de recalques, principalmente durante a estação chuvosa. Segundo este pesquisador, os recalques, durante a estação chuvosa, tinham os seus vazios preenchidos por água, e a pressão exercida em todas as direções pela água nos grãos de resíduos não permitia os recalques. O município de Campina Grande está situado na região semiárida do nordeste brasileiro com precipitação anual é em torno de 700 mm e a evaporação em torno de 1500 ml, diferentemente de cidades como Recife, que existe uma precipita em média 1500mm e evapora 700ml anualmente (Monteiro, 2003). As águas das chuvas ocasionam infiltrações e, estes líquidos infiltrados, diminuem a temperatura interna e ainda entram com oxigênio dissolvido, desestabilizando as bactérias anaeróbias e, consequentemente, diminuindo a velocidade dos recalques. A desestabilização é temporária, pois os microrganismos degradadores da matéria orgânica se adaptam ao novo ambiente. O estudo dos recalques em aterros vem sendo feito em escala experimental por meio de células experimentais, lisímetros ou biorreatores. Segundo Monteiro (et.al., 2000), estes equipamentos otimizam as condições para decomposição microbiológica acelerando a estabilização da massa de lixo permitindo a disposição adicional de RSU ou reuso mais rápido do aterro. Desta maneira, o estudo da concentração de matéria orgânica presente nos RSU é de fundamental importância, uma vez que estes fatores fornecem informações relevantes a cerca do processo de bioestabilização dos aterros sanitários. Vale salientar que, com o tempo, a matéria orgânica apresenta resistência a sua degradação podendo assim influenciar na cinética dos recalques OBJETIVO O objetivo deste trabalho foi estudar a influência das concentrações de matéria orgânica presentes em Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) de Campina Grande/PB relacionado à evolução dos recalques em células experimentais de bancada, sob condições meteorológicas locais. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 2

3 2. METODOLOGIA Neste trabalho, foram monitoradas duas células experimentais de bancada com RSU provenientes da cidade de Campina Grande-PB, no qual apresentou concentrações de matéria orgânica distintas, que abrangeu o período de setembro de 2011 a março de Locais de Desenvolvimento da Pesquisa O trabalho experimental foi desenvolvido nas dependências físicas da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), especificamente no laboratório de Geotécnica Ambiental, e também na Universidade Estadual da Paraíba (UEPB). Sendo executadas em três etapas: a) Construções das células experimentais; b) Amostragem e enchimento das células experimentais com RSU de Campina Grande/PB; c) Monitoramento das células experimentais através de medições in situ. a) Construções das Células Experimentais As células experimentais (Figura 1) foram produtos de um estudo de iniciação científica desenvolvido pelo departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental (ESA) da Universidade Estadual da Paraíba (UEPB). Figura 1 - Célula experimental. As células foram construídas em vidro temperado com espessura de 0,01 m, diâmetro interno de 0,40 m e altura de 0,70 m conforme apresentado na Figura 2, tendo formato de uma estrutura decagonal rígida com capacidade aproximada de 0,090 m 3 de volume, apresentando uma área de 0,128 m 2. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 3

4 Figura 2 - Croqui Célula Experimental. Instrumentações das Células Experimentais As células experimentais de bancada foram dotadas de sistemas de drenagem de líquidos, medidor de recalques e pontos de coletas. Para o monitoramento dos recalques, foi instalada uma placa circular de diâmetro de 0,15 m por 0,003 m de espessura, com orifício central destinado à passagem de tubo guia de PVC (Figura 3). Figura 3 - Placas de recalques, piezômetro, termopares tubo guia de PVC. b) Amostragem e Enchimentos das Células Experimentais A coleta dos resíduos de Campina Grande/PB foi baseada em um planejamento estatístico com um nível de confiança de 95 % e, admitindo, um erro máximo de 10% através da técnica de amostragem estratificada e proporcional. Com isto obteve-se uma amostra representativa de aproximadamente 8,4 toneladas, no qual os valores de massa resíduos recolhidos por bairro foi de acordo com a Tabela 1. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 4

5 Tabela 1 Massa de resíduo coletado nos bairros Zona Bairro Resíduos (Kg) Centro 752,86 Norte Lauritzen 298,47 Palmeira 636,03 Catolé 1.975,21 Sul Sandra Cavalcante 710,05 Tambor 872,75 Leste José Pinheiro 1.753,40 Oeste Prata 426,79 Pedregal 974,46 TOTAL 8.400,02 Fonte: Dados da pesquisa. Deste modo, os resíduos foram coletados, segundo o procedimento recomendado pela norma NBR (ABNT, 2004) - Amostragem de Resíduos. Em seguida foram levados para o local (UFCG) no qual passou por um processo de homogeneização e quarteamento, sendo retirada deste montante um volume de aproximadamente 0,180 m 3 para o enchimento das duas células experimentais. No estudo direcionado à concentração de matéria orgânica relacionada ao comportamento de recalques, optou-se pelo enchimento das duas células experimentais com composição de matéria orgânica distintas. Uma célula experimental contendo apenas matéria orgânica (MO) resultante da amostra total e a outra com RSU triturados (RT) com as mesmas características da amostra inicial, ou seja, amostra total. As espessuras dos resíduos após o enchimento para cada célula foram de aproximadamente 0,58 m. Em seguida, as células foram expostas à condição meteorológica local e revestidos com uma película de papel alumínio, a fim de evitar que os raios solares favoreçam a formação das algas no seu interior. Camada de solo de cobertura e base Na parte inferior das células experimentais foi composta por uma camada de solo semelhantemente a um aterro (camada de base). No qual foi compactado em sua umidade ótima de 13% e apresentando uma massa específica aparente máxima de 2,95 ton/m 3, com 0,05m de espessura. Após o enchimento da célula experimental com RSU, na parte superior, também foi depositado o solo semelhante ao da base formando assim uma camada de cobertura. c) Monitoramento Pesagens das Células Experimentais III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 5

6 As pesagens foram realizadas através de medições in situ, utilizando uma balança mecânica (marca LUCAS/ modelo Mic-STI) com capacidade de 150 kg e sensibilidade de ±0,1 kg. As medições aconteceram mensalmente levando em consideração o conjunto: célula experimental, camadas de solo (base e cobertura), instrumentos e a amostra de RSU. E, assim, obtiveram-se as massas de RSU em cada célula ao longo do monitoramento, no qual foi considerado que não houve alteração nas massas das células experimentais, das camadas de solo e dos instrumentos (pesados previamente). Desta maneira, os dados obtidos foram fundamentais para calcular as massas específicas de RSU em células experimentais durante o monitoramento. Medições dos Recalques As leituras foram realizadas introduzindo-se um sensor de campo magnético dentro do tubo (PVC) guia que identifica a localização da placa magnética e aciona o multímetro digital, modelo IK-1000A (Figura 4), que exibe um sinal por meio de um painel digital, possibilitando a localização da placa de recalques. Desta maneira, as medições de recalques foram realizadas semanalmente in-situ. Figura 4 - Multímetro modelo IK-1000ª. Dados meteorológicos Para a construção dos gráficos, foram utilizados os dados de precipitação e evaporação obtidos pela estação meteorológica da EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) que atua desde 1975 no município de Campina Grande e sua sede está localizada aproximadamente há uma distância de 1,5 km das células experimentais. Estes dados são expressos em milímetros (mm), que corresponde à quantidade de 1 litro de água que precipita ou evapora em cada metro cúbico. Obtenções das Massas específicas A partir da posse dos dados das pesagens e das medições dos recalques de cada célula experimental, podem-se obter os valores das suas respectivas massas específicas conforme a Equação 1. d m V Equação 1 III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 6

7 Em que, d é a massa específica aparente dos resíduos (ton.m -3 ), m é a massa de resíduos compactada (ton) e V e o volume ocupado de RSU na célula (m 3 ). Como o volume varia com o tempo devido à variação de altura, o volume foi obtido em função dos dados de recalques (Equação 2). Esta equação foi baseada para célula com base decagonal, conforme ilustrado na Figura 2. V=2,912 x (R )(0,58 h) Equação (2) No qual V é o volume total ocupado pelos resíduos (m 3 ), levando em consideração os vazios existentes, R é o raio da célula (m) e h é a variação de altura (m), ou seja, os recalques. Deste modo, podem-se calcular as massas específicas ao longo do tempo em função dos recalques e das pesagens. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Após o enchimento das células experimentais, as pesagens mostraram valores de 80,5 Kg para MO e 70,4 kg para RT, sendo que a massa da célula experimental, da camada de base, da camada de cobertura e a da instrumentação teve uma massa de aproximadamente 44,5 kg, resultando, por diferença, numa massa somente de 35,5 kg de resíduos na célula MO e 26,4 kg na célula RT. De acordo com dados coletados, as massas específicas variaram ao longo do tempo, assim pode-se perceber que o comportamento do RT mostrou-se diferente do MO. A célula RT perdeu 25 % de sua massa específica enquanto a célula MO aumentou 34,6 %. A célula RT, que apesar da perda de massa ocorrer, o recalque não é imediato, devido à composição dos RSU e sua estrutura que apresenta resistência quando há um aumento nos índices de vazios, assim apresentando poucas variações nos recalques e, consequentemente, uma redução na massa específica. Enquanto na célula MO, na medida em que há perda de massa, os recalques acontecem, fazendo com que a relação massa por volume apresente uma tendência constante, como mostra na Figura 5. Massas específicas 0,70 0,65 0,65 0,66 Massa específica (ton/m3) 0,60 0,52 0,49 0,50 0,40 0,30 0,36 0,36 0,20 0,10 0,44 0,40 0,27 0, Tempos (dias) MO RT Figura 5 - Massas específicas em função do tempo. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 7

8 Com a degradação da matéria orgânica as partículas sólidas são convertidas em líquidos e gases, fazendo com que os vazios se expandam até um determinado limite suportando a carga imposta pelo próprio lixo. Portanto, os espaços preenchidos pela fase sólida são ocupados pela fase líquida e gasosa, devido a mudanças de fase. No entanto, durante o enchimento da célula RT grandes quantidades de plásticos, papelões e têxteis entraram no processo, logo apresentou maiores índices de vazios, acarretando numa baixa massa específica e melhor resistência aos recalques, isso ocorre devido aos plásticos serem maleáveis e leves, no qual dificultam a acomodação dos resíduos deixando a estrutura com aspecto elástico, ou seja, absorvem grandes quantidades de energia. Ao longo do monitoramento dos recalques verificou-se que as maiores deformações ocorreram na célula MO (Figura 6) e foram diminuindo em altura em função do tempo. Durante 238 dias de monitoramento, os recalques foram na ordem de 250 mm para célula MO e 109 mm para a célula RT, mostrando a disparidade nas deformações vertical e a influência da concentração de matéria orgânica biodegradável. No período de 79 a 95 dias (Figura 6) a célula MO teve recalques consideráveis, enquanto o RT praticamente não variou. Estes recalques podem estar relacionados com as precipitações devido ao favorecimento das condições microbiológicas ali presentes. Sabe-se que água é fundamental para o desenvolvimento microbiológico, além de outros fatores que influenciam na degradação da matéria orgânica. Entretanto, os microrganismos necessitam de água livre para suas atividades metabólicas. Recalques acumulado versus precipitação Profundidades (mm) 0,000-50, , , , , , ,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Precipitação (mm) Tempo (dias) RT MO Prec.(mm) Figura 6 - Recalques acumulado e precipitação em função do tempo A velocidade dos recalques da célula MO, aos 238 dias de monitoramento, foram superiores ao de RT que chegou a máxima de 2,21 mm/dia no período de 43 dias, em que o RT foi de 1,37 mm/dia aos 51 dias de monitoramento. Como apresentado na Figura 7, no período de 79 a 94 dias, a velocidade dos recalques para célula MO aumentou com a mesma intensidade da velocidade máxima atingida anteriormente, chegando a uma velocidade de 2,16 mm/dia, a partir dai, voltou a diminuir. Vale salientar que este comportamento foi observado em períodos que antecedem altas precipitações. Pois as águas provenientes das infiltrações ocupam os vazios existentes na massa de resíduos e projeta pressões em todas as direções, resultando na estilização temporária dos recalques e, também, favorecendo na biodegradação devido à percolação da água ao longo da extensão da célula experimental. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 8

9 Velocidade dos Recalques verus precipitação Velocidade (mm/dia) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Tempo (dias) ,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Precipitação (mm) RT MO Prec.(mm) Figura 7 - Velocidade dos recalques e precipitação em função do tempo. Desta maneira, as precipitações, em alguns períodos chuvosos, foram suficientes para comprometer rapidamente os recalques e favorecer a biodegradação da matéria orgânica, no qual, durante o monitoramento, a redução de altura (recalques), massas específicas e a velocidade dos recalques foram influenciadas principalmente pelas condições meteorológicas locais e as concentrações de matéria orgânica presente em cada célula. 4. CONCLUSÕES Os resultados de recalques indicam que durante o monitoramento da célula MO a degradação dos resíduos foi bastante rápida se comparado à célula contendo RSU triturados (RT) e que a condição meteorológica local influenciou de forma positiva a biodegradação nas células experimentais; A velocidade dos recalques da célula MO foi duas vezes superior que a da célula RT durante os primeiros 38 dias de monitoramento; A massa específica da célula MO variou de forma crescente, enquanto a célula RT decresceu durante o monitoramento, sendo influenciado, principalmente, pela variação dos recalques e a composição dos resíduos; A disponibilidade de matéria orgânica biodegradável e a condição meteorológica local foram fatores críticos no desenvolvimento microbiológico e na evolução dos recalques. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 9

10 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10007: Resíduos Sólidos amostragem de Resíduos. Rio de Janeiro, p. CARVALHO, M. F. Comportamento mecânico de resíduos sólidos urbanos f. Tese (Doutorado em Engenharia) - Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo. São Paulo, MELO, M.C. Uma análise de recalques associada a biodegradação no aterro de Resíduos Sólidos da Muribeca. Dissertação de Mestrado, UFPE, Estudo da matéria orgânica nos recalques de resíduos sólidos urbanos aterrados f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande, MONTEIRO, V.E.D. Análises Físicas, Químicas e Biológicas no Estudo do Comportamento do Aterro da Muribeca. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Pernambuco, Recife PE, pp MONTEIRO, V. E. D., Jucá, J. F. T., Rêgo, C.C., (2000). Influência das Condições Climáticas no Comportamento do Aterro de Resíduos Sólidos da Muribeca. 21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, João Pessoa, PB, CD. III Conferência Internacional de Gestão de Resíduos Sólidos 10