III PROCESSO DE TRATAMENTO ANAERÓBIO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E RURAIS

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1 III PROCESSO DE TRATAMENTO ANAERÓBIO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS E RURAIS Valderi Duarte Leite (1) Doutor em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Professor do Departamento de Química da Universidade Estadual da Paraíba. FOTO José Tavares de Sousa NÃO Doutor em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Professor do Departamento de Química da Universidade Estadual da Paraíba. DISPONÍVEL Wilton Silva Lopes Mestre em Saneamento Ambiental pelo PRODEMA (Programa Regional de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente) da Universidade Federal da Paraíba/Universidade Estadual da Paraíba. Bolsista na modalidade DTI na Universidade Estadual da Paraíba. Endereço (1) : Rua Vigário Calixto, 1475 Catolé Campina Grande - Paraíba - CEP: Brasil - Tel: (0xx83) valderi@paqtc.rpp.br. RESUMO O processo de digestão anaeróbia pode ser aplicado para bioestabilizar uma grande variedade de substratos. Neste trabalho o processo de digestão anaeróbia foi aplicado no tratamento conjugado da fração orgânica putrescível dos resíduos sólidos urbanos e de rúmen bovino ( resíduos sólidos rurais), com percentuais de rúmen de 5, 10 e 15% (percentagem em peso). O trabalho foi realizado em reatores anaeróbios de batelada com capacidade unitária de 20 litros e tempo de operação média de 365 dias. Os resultados do trabalho demonstraram que é viável o emprego do processo de tratamento anaeróbio conjugado de resíduos sólidos urbanos e rurais com alta concentração de sólidos. PALAVRAS-CHAVE: Anaeróbio, Resíduos Sólidos Urbanos, Resíduos Sólidos Rurais. INTRODUÇÃO 1.1 PROCESSO ANAERÓBIO O processo de tratamento anaeróbio de resíduos orgânicos ocorre na ausência de oxigênio livre e geralmente são necessárias várias fermentações seqüenciais até ocorrer à estabilização da matéria orgânica com a formação de produtos finais tais como: CH 4, CO 2, NH 3, quantidades traços de outros gases e ácidos orgânicos de baixo peso molecular, entre outros (POLPRASERT, 1989). Os processos anaeróbios apresentam lenta taxa de biodecomposição e podem produzir odores desagradáveis, originados de atividades metabólicas intermediárias. Tem sido empregado em muitos países desenvolvidos para a bioestabilização de resíduos gerados pelas atividades domésticas e rurais. As operações básicas empregadas nos processos de tratamento anaeróbio são: batelada, contínua e semicontínua. Nos processos anaeróbios a energia produzida é bem menor do que nos processos aeróbios, exigindo, portanto um maior período de tempo para que ocorra a bioestabilização da matéria orgânica e para que haja a destruição dos microrganismos patogênicos. Quando na presença de oxigênio a matéria orgânica degrada mais rapidamente e, isto está associado à grande quantidade de energia livre produzida pelos microrganismos, onde o oxigênio funciona como agente aceptor de elétrons. O oxigênio pode ainda ser incorporado no substrato através da ação enzimática, e suas funções nas reações metabólicas são basicamente: aceptor final de elétrons na respiração aeróbia; substrato requerido para operação do grupo de enzimas oxigenases ( POLPRASERT, 1989). ABES Trabalhos Técnicos 1

2 Em princípio, todos os resíduos quer sejam de origem animais ou vegetais, são bioestabilizáveis anaerobiamente. No caso de resíduos de origem vegetal, somente os componentes contendo lignocelulose não sofrem bioconversão, ou se bioconvertem muito lentamente(baader et. al, 1991). No tratamento anaeróbios ocorre considerável redução da matéria orgânica facilmente biodegradável e a mineralização de compostos orgânicos complexos, produzindo compostos bioquimicamente estáveis e inodoros. No geral, a taxa de bioconversão em processos anaeróbios depende de condições ambientais e de fatores cinéticos e pode ser representada com base no modelo de Monod. O modelo desenvolvido por Monod relaciona a concentração limitante do substrato e a taxa de crescimento de microrganismos conforme mostrado da equação 1. S K s + S µ = µ max equação(1) µ = taxa específica de crescimento ( t -1 ) µ max. = taxa específica de crescimento máxima (t -1 ) S = concentração do substrato ( mg.l -1 ) K s = constante de velocidade média ( mg.l -1 ). O modelo de Monod é largamente utilizado em estudo de digestão anaeróbia,apresentando resultados satisfatório e somente é válido para sistemas tratando substratos solúveis, tais como glicose e ácidos graxos voláteis ( tem BRUMMELER, 1993). Segundo TCHOBANOGLOUS (1993), os estágios por que tem que passar os resíduos sólidos para serem bioestabilizados anaerobiamente são: preparação da fração orgânica dos resíduos sólidos, destacando-se o recebimento, a classificação, a separação, a redução do tamanho, a adição de nutrientes e umidade, o ajustamento do ph, a compactação e a estocagem. 1.2 RESÍDUOS SÓLIDOS: ASPECTOS CONTEXTUAIS A problemática associada à origem dos resíduos sólidos e a relação destes com a espécie humana existe há bastante tempo e, o resgate histórico mostra a constante preocupação que sempre existiu por parte dos homens no que diz respeito ao destino final adequado aplicado aos resíduos sólidos, principalmente aos resíduos sólidos urbanos. Constata-se que na maioria dos países desenvolvidos ou subdesenvolvidos, a problemática associada aos resíduos sólidos vem se agravando acentuadamente, haja vista, o afloramento de vários fatores, dentre os quais pode destacar: c intensificação da densidade demográfica, principalmente nas área metropolitanas; c surgimento e/ou mudanças de hábitos de parte da população; c diversificação dos aspectos qualitativos e quantitativos dos resíduos sólidos produzidos; c desenvolvimento industrial não sincronizado com as vertentes relacionadas aos mais elementares princípios de respeito ao meio ambiente; c política de globalização priorizando, sobretudo os ganhos de capital especulativo. No caso específico do Brasil, em que o processo de desenvolvimento vem surgindo de maneira extremamente desorganizada e inconseqüente, torna-se ainda mais crítica a problemática dos resíduos sólidos, principalmente nas grandes concentrações urbanas, Tais como nas cidades de: São Paulo, Rio de Janeiro, Belo Horizonte, Porto Alegre, Fortaleza, Recife, etc. No Brasil pode-se constatar que o fen6omeno da metropolização foi se acentuando da década de 70 para os dias atuais. Na década de 60, por exemplo, 45% do total da população brasileira residia em zona urbana. Na década de 70, o percentual já era de 56%, chegando ao ano 2001 com estimativa de que mais de 80% da população brasileira estará (residindo) em zona urbana. Estes dados 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 funcionam como elementos indicadores da comprovada ausência de infra-estrutura básica de serviços de transporte, saúde, educação e saneamento básico, tornando as grandes e médias cidades brasileiras em um sistema potencial de convulsão social. METODOLOGIA O trabalho foi realizado no Laboratório de Saneamento Ambiental do Centro de Ciências e Tecnologia da UEPB. Para realização da parte experimental do trabalho foram construídos, instalados e monitorados quatro reatores com capacidade unitária de 20 litros. Os reatores são adaptações feitas em depósitos de plástico rígido com dispositivo para registrador quantitativo de biogás, coletor de biogás, distribuidor de água e coletor de percolado, conforme mostrado na Figura 1. FIGURA 1. Reator utilizado no trabalho experimental Os resíduos sólidos urbanos utilizados na pesquisa foram coletados na EMPASA (Empresa Paraibana de Abastecimento e Serviços Agrícolas) na unidade instalada na cidade de Campina Grande (PB), enquanto os resíduos rurais foram coletados nas dependências do matadouro público do município de Campina Grande. No Quadro 1 são apresentados os principais parâmetros operacionais delineados para o sistema experimental. Quadro 1 Parâmetros operacionais dos reatores Parâmetro M RSU M RSR M total TU PE COA Proporção Reator (kg) (kg) (kg) (%) (kgf.m -3 ) (kg.l -1 R ) RSU/RSR (%) A 8,5 0,0 8,5 80,8 607,0 0,60 100,0/0,0 B 8,0 0,5 8,5 80,3 607,0 0,60 95,0/5,0 C 7,6 0,9 8,5 80,8 607,0 0,60 90,0/10,0 D 7,2 1,3 8,5 80,1 607,0 0,60 85,0/15,0 M RSU : massa de resíduos sólidos urbanos; M RSR : massa de resíduos sólidos rurais PE : peso específico; TU : teor de umidade; COA : carga orgânica aplicada As análises deste trabalho foram realizadas em consonância com os métodos preconizados por APHA (1995). RESULTADOS E DISCUSSÃO No Quadro 2 são apresentados os principais parâmetros físico-químicos da massa in natura de resíduos alimentados aos reatores. ABES Trabalhos Técnicos 3

4 Quadro 2 Parâmetros físico-químicos da massa in natura. Parâmetro ph C:N STV NTK P 2 O 5 DQO COT Reator (%) (%) (%) (%) (%) A 5,6 42,9 85,0 1,1 0,2 37,3 47,2 B 5,7 39,6 85,7 1,2 0,2 41,1 47,6 C 5,8 39,6 85,8 1,2 0,3 40,0 47,6 D 6,0 33,3 84,0 1,4 0,3 41,1 46,6 Analisando os dados do Quadro 2 observa-se que a relação C/N da massa in natura de resíduos sólidos alimentada aos retores, situou-se acima da média recomendada para o processo de bioestabilização anaeróbia da matéria orgânica que está na faixa de 20 a 30. Mesmo trabalhando-se com relação C/N variando de 33,3 a 42,9, não foi constatado evidências de desequilíbrios no processo causado por deficiências de nitrogênio. Constatouse ainda que o rúmen utilizado como inóculo possuía em média 27% a mais de NTK em relação à fração orgânica putrescível dos resíduos sólidos urbanos, contribuindo significativamente para a redução da relação C/N e conferindo ao substrato melhores condições nutricionais aos demais parâmetros monitorados, tanto na fração líquida como na fração gasosa, podendo ser constatado que a presença quantitativa do rúmen bovino contribuiu satisfatoriamente para catálise do processo, demonstrando a viabilidade técnica e econômica do emprego de processos anaeróbios para tais resíduos. Na Figura 2 é apresentada a produção acumulada de biogás nos reatores monitorados durante o trabalho experimental. 30 Produção Ac. de Biogás (L) Tempo de Operação (dias) Reator A Reator B Reator C Reator D FIGURA 2. Evolução Temporal da Produção de Biogás Na Figura 3 apresenta-se o comportamento da evolução temporal do ph dos líquidos percolados gerados pelo processo de bioestabilização da matéria orgânica durante o período de monitoração do sistema experimental. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 ph Tempo de Operação (dias) Reator A Reator B Reator C Reator D FIGURA 3 Comportamento do ph. Analisando o comportamento da evolução temporal do ph, constata-se que ao longo dos 365 dias de monitoração do sistema experimental. O ph dos líquidos percolados ficou sempre em torno de 5, exceção atribuída apenas ao reator C que aos 356 dias o ph do percolado estava em torno de 7 e ao reator D que após os 250 primeiros dias de monitoração, o ph situou-se sempre com magnitude acima de 6. Na Figura 4 apresenta-se o comportamento da evolução temporal da relação ácidos voláteis/alcalinidade total, objetivando observar os mecanismos de interações físico-químicos e microbiológicos envolvidos no processo de bioestabilização da matéria orgânica. 4 3,5 Relação AGV/AT 3 2,5 2 1,5 1 0, Tempo de Operação (dias) Reator A Reator B Reator C Reator D FIGURA 4. Comportamento da relação AGV/AT. A relação ácidos voláteis/alcalinidade total no percolado produzido pelo processo de bioestabilização da matéria orgânica variou de 0,13 a 3,60, demonstrando ser de acentuada intensidade a hidrólise, produzindo ABES Trabalhos Técnicos 5

6 substrato de alto peso molecular e de características moderadamente ácidas. A quantificação da relação ácidos voláteis/alcalinidade total contribui, sobretudo para explicar o processo de bioestabilização da matéria orgânica desde a fase hidrolítica até a fase metanogênica, podendo auxiliar como parâmetro suporte para definição de carga orgânica aplicada em sistema de tratamento similar utilizado neste trabalho. Pode-se observar que até 200 dias de operação não foi verificado influência significativa do percentual de rúmen bovino utilizado como inóculo no processo de bioestabilização. Somente a partir de 200 dias de operação, foi constatada no reator D, equilíbrio quantitativo da concentração dos ácidos voláteis e da alcalinidade total, sendo que os demais reatores só apresentaram baixa concentração de ácidos voláteis aos 365 dias de operação. CONCLUSÃO Frente à análise dos resultados deste trabalho, pode-se concluir que: a bioestabilização da matéria orgânica no processo anaeróbio foi influenciada pelo percentual de inóculo ( rúmen bovino) aplicado; a produção qualitativa e quantitativa de percolado para este tipo de tratamento estar associada à eficiência de bioestabilização da matéria orgânica; a aplicação de 15% ( percentagem em peso) de inóculo ( rúmen bovino), tornou-se ideal, haja vista, contribuir para equilibrar a relação C/N da massa In natural e acrescentar substancial densidade de microrganismos catalisadores do processo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for Examination of the Water and Wastewater. 19 th ed. Washington, BAADER, W. et al. Biotechnological methods for the utilization of residues and byproducts of agricultural production. Institute for Technology, v. 32, ten BRUMMELER, E. Dry anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste. Wageningen. PhD Thesis Wageningen Agricultural University, POLPRASERT, C. Organic waste recycling environmental engineering division, Asian Institute of Technology. Banckok, TCHOBANOGLUOS, G. T.; THEISEN, H. & VIGIL, S. A. Engineering principles e management issues. Mac Graw-Hill, New York, 1993, p ABES Trabalhos Técnicos