II-051- ESTUDO DA POTENCIALIDADE DE PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS INTEGRADOS A PROCESSOS BIOLÓGICOS PARA TRATAMENTO DE CHORUME DE ATERRO SANITÁRIO

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina II-051- ESTUDO DA POTENCIALIDADE DE PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS INTEGRADOS A PROCESSOS BIOLÓGICOS PARA TRATAMENTO DE CHORUME DE ATERRO SANITÁRIO Josmaria Lopes de Morais (1) Formada em Química (Bacharelado e Licenciatura) pela Universidade Federal do Paraná, Mestre em Ciências pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná. Professora do CEFET-PR e doutoranda em Química na Universidade Federal do Paraná. Carla Sirtori(1): Aluna do curso de Química da Universidade Federal do Paraná (Licenciatura e Bacharelado), desenvolve atividades de Iniciação Científica (Bolsista CNPq) desde Airton Kunz(2): Formado em química pela Universidade Federal de Santa Maria. Mestrado e Doutorado no Instituto de Química da UNICAMP. Atualmente desenvolve atividades de pesquisa junto a Empresa Brasileira de Agropecuária (EMBRAPA, Concórdia-SC). Patricio Peralta-Zamora(1): Formado em Química pela Universidad de Chile e com curso de Mestrado em Química e Doutorado em Ciências no IQ-UNICAMP. Professor do Departamento de Química da UFPR, onde desenvolve atividades de pesquisa na área de tratamento de resíduos industriais. Endereço(1): Laboratório de Química Ambiental e de Materiais, Departamento de Química, Universidade Federal do Paraná, C.P , , Curitiba-PR. Tel: (41) , Fax: (41) , josmaria@cefetpr.br RESUMO

2 O percolado de aterro sanitário (chorume), produto da degradação química e microbiológica do lixo, é um líquido escuro, de odor desagradável, contendo alta carga orgânica e grande número de poluentes. Devido ao considerável potencial poluente, o chorume deve ser coletado e tratado adequadamente, a fim de se evitar a contaminação do solo e dos corpos d água. Nos aterros sanitários em funcionamento no Brasil, o sistema de tratamento mais comum, quando existente, costuma ser fundamentado em processos biológicos. No entanto, devido à composição complexa e significativamente variável do chorume, sua reduzida biodegradabilidade e presença de compostos orgânicos recalcitrantes, a eficiência desse tipo de tratamento é reduzida. O principal objetivo do presente trabalho consiste na avaliação do potencial de (POAs), representado pelos sistemas UV-H2O2 e foto-fenton, para o aumento da biodegradabilidade do chorume gerado em aterro sanitário. PALAVRAS-CHAVE: Chorume de aterro sanitário, Biodegradabilidade, Processos Oxidativos Avançados, Processos Integrados. INTRODUÇÃO A disposição inadequada de resíduos sólidos representa uma das principais ações responsáveis pela contaminação do solo e da água. Quando a água de chuva percola as camadas de resíduos promove a lixiviação das diferentes substâncias formadas a partir da degradação química e microbiológica do lixo, gerando um líquido escuro, de odor desagradável, contendo alta carga de poluentes. Esse líquido é denominado chorume e, se não for coletado e tratado adequadamente, contamina o solo, os corpos d água, chegando a atingir lençóis freáticos [1, 2, 3]. A composição química do chorume é a mais variada possível, como pode ser observado na tabela 1, dependendo, dentre outros fatores, das condições ambientais (geologia, temperatura, regime pluviométrico), e composição dos resíduos que chegam ao aterro, bem como a sua idade [4,5,6]. Tabela 1. Composição do chorume de aterros sanitários. (Adaptada de Christensen e colaboradores [6]. Parâmetro Faixa

3 .ph 4,5 9 Sólidos totais Matéria orgânica (mg/l) Carbono orgânico total Demanda biológica de oxigênio (DBO5) Demanda química de oxigênio (DQO) DBO5/DQO 0,02 0,80 Nitrogênio orgânico Macrocomponentes inorgânicos (mg/l) Fósforo total 0,1 23 Cloretos Sulfatos

4 HCO Sódio Potássio Nitrogênio amoniacal Cálcio Magnésio Ferro Manganês 0, Sílica 4-70 Elementos traços inorgânicos (m g/l) Arsênico 0,01-1 Cádmio

5 0,0001-0,4 Cromo 0,02-1,5 Cobalto 0,005-1,5 Cobre 0, Chumbo 0,001-5 Mercúrio 0, ,16 Níquel 0, Zinco 0, Devido à composição complexa e significativamente variável do chorume, sua reduzida biodegradabilidade e a presença de compostos orgânicos recalcitrantes, o chorume não é adequadamente remediado apenas por processos biológicos. Em decorrência desses fatores, torna-se absolutamente essencial a busca de novas alternativas para o tratamento desta matriz. Recentemente um grande número de publicações descreve novos tipos de associações entre processos químicos e tratamentos biológicos [4,7-9]. Normalmente, processos de maior capacidade e velocidade de degradação podem ser utilizados como sistemas de prétratamento, de maneira a favorecer o tratamento biológico subsequente. Uma vez que os Processos Oxidativos Avançados (POAs) têm sido empregados com excelentes resultados na remediação de águas residuárias, efluentes industriais e substâncias orgânicas recalcitrantes, estima-se que a sua utilização, como sistemas de pré-

6 tratamento (em relação a sistemas biológicos), possibilitará incremento significativo na remediação do chorume. A proposta deste trabalho é empregar processos oxidativos avançados (UV-H2O2 e foto- Fenton), como pré-tratamento do chorume, com o objetivo de aumentar sua biodegradabilidade, ou seja, torná-lo mais adaptável ao um tratamento biológico subseqüente. Este trabalho é parte integrante da pesquisa de doutorado (em andamento), que visa o estudo da potencialidade de diversos processos oxidativos avançados, isolados e integrados com processos biológicos tradicionais, para tratamento de chorume de aterro sanitário. MATERIAIS E MÉTODOS O chorume utilizado neste estudo é proveniente do Aterro Sanitário da Cachimba (Curitiba- PR). As coletas foram realizadas durante o ano de 2002, junto a celas da parte mais antiga do aterro sanitário. As amostras foram preservadas em temperaturas inferiores a 4ºC, para posterior utilização[10]. Tratamento fotoquímico Chorume foi submetido a tratamentos fotoquímicos pelos sistemas UV-H2O2 e foto- Fenton, processos estes que foram otimizados via planejamento fatorial. Os tratamentos fotoquímicos foram realizados em Reator fotoquímico clássico de 120 ml de capacidade, equipado com refrigeração por água, agitação magnética e sistema de oxigenação. A radiação ultravioleta é proporcionada por uma lâmpada a vapor de mercúrio de 125 W (sem o bulbo protetor), inserida na solução por meio de um bulbo de quartzo. O oxigênio comercial é borbulhado na solução com vazão de aproximadamente 40 ml.min-1 (Figura 1). Em todos os casos, alíquotas serão tomadas em tempos convenientes, filtradas, quando necessário em membrana (Milipore, 0,45 m m) e submetidas à análise. Figura 1. Reator fotoquímico clássico. Tratamento biológico Antes de ser empregado para o tratamento do chorume, o lodo ativado, coletado na ETE Belém (Curitiba-PR), foi aclimatado com amostras de chorume associado a um meio nutriente por um período de 3 dias (12 em 12 horas). Os parâmetros índice Volumétrico de Lodo (IVL), Oxigênio Dissolvido (OD) e ph, foram determinados e/ou controlados, para

7 garantir a manutenção da viabilidade do sistema de lodo ativado. Também foi realizado um acompanhamento microscópio do lodo. Após a etapa de aclimatação, uma quantidade determinada de lodo foi colocada em cada reator aeróbio com aeração prolongada. Foram empregados 8 reatores similares (de batelada e, em escala de bancada) com capacidade unitária para 300 ml de lodo. Os reatores receberam as denominações Controle (contendo lodo e meio nutriente), Bruto (contendo chorume sem pré-tratamento), UVP e FF (contendo chorume previamente tratado pelos processos UV-H2O2 e foto-fenton). Os reatores biológicos foram preparados em duplicata e o processo foi repetido duas vezes, nas mesmas condições. Em intervalos de 0, 24, 48 e 72 h foram coletadas amostras do efluente em tratamento e o valor da DQO foi determinada. Durante este período foi realizado um acompanhamento dos parâmetros: ph, IVL, OD e viabilidade microscópica do lodo[11]. Metodologias para caracterização e controle analítico Demanda Química de Oxigênio (DQO), determinada de acordo com Standard Methods [10] (método de refluxo fechado). Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO): determinada de acordo com Standard Methods[10]. Cloretos: determinado pelo método de Mohr (método titulométrico, com AgNO3), adaptada de Standard Methods[10]. Metais: determinados por Espectroscopia de Absorção Atômica, utilizando-se chama ar/acetileno. Espectroscopia UV/Vis: Medidas de absorção na região do ultravioleta e do visível foram realizadas em um aparelho Scinco, modelo S Peróxido de Hidrogênio Residual: Procedimento baseado na reação do íon metavanadato (VO3-) com o peróxido de hidrogênio, e formação do complexo peroxovanadato (VO3+), que possui uma absorbância máxima em 446 nm, medidos por espectroscopia de UV/Vis. RESULTADOS E DISCUSSÃO. Caracterização do chorume A caracterização do chorume obtido em cada coleta (Tabela 1), demonstrou características de um chorume na fase metanogênica, ou seja, ph básico, e uma razão DBO5/DQO inferior a 0,3 o que é considerado indicativo de reduzida biodegradabilidade.

8 Para os estudos descritos a continuação, utilizou-se uma mistura das 4 amostras coletadas no período. As características físico-químicas desta mistura de trabalho são apresentadas na Tabela 2. Tabela 1: Caracterização das amostras de chorume em 4 coletas realizadas durante o ano de Data coleta.ph DQO (mgo2/l) DBO5 (mg O2/L) DBO5/DQO Nitrogênio orgânico (mg/l) Cloretos (mg/l) 16/04 8, , /04 8,1 5450

9 960 0, /07 7, , /10 8, < 20 0, Tabela 2: Caracterização do chorume de composição média. Parâmetro Valor

10 ph 8,1 DQO (mgo2/l) 5842 DBO5(mg O2/L) 1294 DBO5/DQO 0,22 Nitrogênio orgânico(mg/l) 700 Macrocomponentes inorgânicos (mg/l) Cloretos 2630 Fe total 599,5 Tratamento fotoquímico Durante a aplicação dos POAs em estudo, amostras foram coletadas e submetidas a caracterização espectroscópica (UV-VIS). Os resultados (Figura 2), indicam que ambos processos induzem significativas modificações nas características químicas do chorume, o que se traduz em eliminação praticamente completa da cor (absorção entre 400 e 700 nm) e significativa redução das espécies aromáticas, caracterizadas por absorção centrada em 300 nm. O efeito de cada um destes tratamentos propostos na biodegradabilidade do chorume, foi avaliado em função da razão DBO5/DQO. Os resultados (Tabela 3), demonstram que os tratamentos de 30 minutos (chorume 1:1) permitem um substancial aumento da razão DBO5/DQO. O aumento deste parâmetro é considerado benéfico para a ação dos microorganismos presentes no sistema de lodo ativado [7].

11 (a)(b) Figura 2. Cinética de degradação do chorume (Espectroscopia UV-VIS). a)sistema UV-H2O2 b)sistema Foto-Fenton. Tabela 3: Valores determinados após tratamento de 30 minutos (chorume médio 1:1). Processos de tratamento DBO5 (mgo2/l) DQO (mgo2/l) DBO5/DQO UV-H2O ,37 foto-fenton ,44

12 Tratamento biológico. Durante o período de aclimatação do lodo ativado, os parâmetros físico-químicos e biológicos foram analisados para verificar a sua viabilidade. O parâmetro DQO foi empregado para verificar a eficiência do sistema integrado, o que permitiu a obtenção dos resultados apresentados na Figura 3. Estes resultados indicam que, quando aplicado ao chorume bruto, o sistema de lodo permite uma redução de DQO da ordem de 30%, em 72 h de tratamento. Utilizando-se qualquer um dos processos avançados propostos observa-se uma redução superior a 50% o que, junto com a remoção de DQO observada inicialmente, leva a uma remoção total da ordem de 90%. Conclusões Os sistema estudados UV-H2O2 e foto-fenton induzem importantes modificações no chorume, fato que se traduziu em aumento da biodegradabilidade, representada pela relação DBO5/DQO, e que foi confirmado pelos melhores resultados de redução de DQO para o chorume previamente tratado por Processos Oxidativos Avançados. A manutenção de melhores condições do lodo ativado durante os processos de tratamento biológico também é um indicativo da potencialidade do emprego dos POAs, como prétratamento para chorume de aterro sanitário. Figura 3. Redução da DQO do chorume sem pré-tratamento e pré-tratado por POAs (quando submetido ao tratamento biológico). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ZOUBOULIS, A. I.; LOUKIDOU, M. X.; CHRISTODOLOU, K. Enzymatic treatment of sanitary landfill leachate. Chemosphere. Vol. 44, p , [2] STROOT, P. G.; McMAHON, K.; MACKIE, R. I.; RASKIN, L. Anaerobic codigestion of municipal solid waste and biosolids under various mixing conditions. 1. Digester performance. Wat. Res. Vol. 35, p , [3] CHIANG, L. C.; CHANG, J. E.; WEN, T.C. Indirect oxidation effect in electrochemical oxidation treatment of landfill leachate. Wat. Res. Vol. 29, p , 1995.

13 [4] LIN, S. H., CHANG, C. C. Treatament of Landfill Leachate by Combined Electro- Fenton Oxidation and Sequencing Batch Reactor Method. Water Research. Vol. 34, n. 17, p , [5]LO, I. M. Characteristics and Treatament of Leachates From Domestic Landfills. Environment International. Vol. 22 n. 4, p , [6] CHRISTENSEN, T. H.; KJELDSEN, P.;BJERG, P.L.; JENSEN,D.L.; CHRISTENSEN, J. B.; BAUN, A.; ALBRECHTSEN, J.; HERON, G. Biogeochemistry of landfill leachate plumes. Applied Geochemistry. Vol. 16, p , [7]SCOTT, J. P.; OLLIS, D. Integration of chemical and biological oxidation processes for water treatment: review and recomendations. Environ. Progress., Vol. 14, p , [8] KARRER, N. J., RYHINER, G., HEINZLE, E. Aplicability Test for Combined Biological-Chemical Treatament of Wastewaters Countaing biorefractory Compouds. Water Research. Vol. 31, n. 5, p , [9] PULGARIN,C.; Invernizzi m.; Parra S.; Sarria V.; Polania R; Péringer P. Strategy for the coupling of photochemical and biological flow reactors useful in mineralization of biorecalcitrant industrial pollutants. Catalysis Today Vol. 54, p , [10] APHA Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th edition. American Public Health Association, Washington, DC.,1995 [11] VAZOLLÉR, R. F. Microbiologia de lodos ativados. Séries Manuais CETESB, 23 p., 1989.