PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM LISÍMETRO EM ESCALA DE LABORATÓRIO PARA ESTUDOS EM RESÍDUOS SÓLIDOS

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1 PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM LISÍMETRO EM ESCALA DE LABORATÓRIO PARA ESTUDOS EM RESÍDUOS SÓLIDOS Valter Caetano dos Santos icosantos_@hotmail.com BR 285, Campus I, Bairro São José Passo Fundo Rio Grande do Sul Rafael de Souza Tímbola rafaeltimbola@hotmail.com Eduardo Pavan Korf eduardokorf@gmail.com Pedro Domingos Marques Prietto Pedro Bruxel Resumo: A questão dos resíduos sólidos no Brasil tem sido bastante discutida na última década, envolvendo várias áreas da sociedade. O aterramento destes resíduos no solo constitui-se num dos métodos mais antigos de disposição final. No entanto, a busca por soluções para a destinação final ambientalmente adequada para os resíduos sólidos tem se constituído um grande desafio. Além disso, falta compreensão sobre o funcionamento dos processos bio-físico-químicos e também das rotas metabólicas de biodegradação da massa de resíduos, bem como sua influência no comportamento dos aterros sanitários. Desta forma, o uso de células experimentais de pequenas dimensões (lisímetros), representa uma técnica bastante interessante do ponto de vista experimental, contribuindo para uma melhor compreensão de tais fenômenos. Este trabalho objetiva apresentar o projeto e o desenvolvimento de um lisímetro em escala de laboratório, visando a realização de estudos ambientais sobre o comportamento de resíduos sólidos. Palavras-chave: Aterro Sanitário, Célula Experimental, Resíduos Sólidos Urbanos. DESIGN AND CONSTRUCTION OF A SMALL-SCALE LABORATORY LYSIMETER FOR SOLID WASTE STUDIES Abstract: The issue of solid wastes management in Brazil has been broadly discussed over the last decade, involving several areas of society. Landfilling is one of the oldest methods for final disposal of 1

2 wastes. However, the search for new techniques and innovations, to make landfills more adequate from the environmental point of view has become a great challenge to both science and engineering. Moreover, there is a need for a more complete understanding about the biologial-physical-chemical processes and the metabolic routes of biological degradation, as well as its influence on the behavior of a landfilled waste mass. In such context, the use of experimental cells of small dimensions (lysimeters), which represent one interesting technique from the experimental point of view, can contribute for a better understanding of such phenomena. Thus, the present work describe the design and development of a small laboratory-scale lysimeter, aiming at future applications in the investigation of the biologial-physical-chemical behavior of urban solid residues. Keywords: Landfill, Experimental Cell, Urban Solid Waste. 1. INTRODUÇÃO A questão dos resíduos sólidos no Brasil tem sido bastante discutida na sociedade, envolvendo diversas áreas do conhecimento: saneamento básico, meio ambiente, inclusão social e econômica dos processos de triagem e reciclagem dos materiais. O aterramento desses resíduos sólidos no solo constitui-se num dos métodos mais antigos de disposição final. No Brasil a destinação mais utilizada ainda é o depósito de resíduos sólidos a céu aberto, na maioria dos municípios com população inferior a habitantes, correspondendo a cerca de 48% dos municípios brasileiros, segundo dados do (IBGE, 2002). Dos diversos tipos de resíduos, os denominados resíduos sólidos urbanos (RSU) (Classe IIA, não -inertes, conforme NBR ABNT, 2004), gerados pela comunidade e que incluem os resíduos de origem doméstica, resíduos comerciais e procedentes de varrição e limpeza de vias públicas, merecem atenção especial devido a sua grande quantidade e à geração de efluentes líquidos e gasosos com grande potencial de contaminação ambiental. A disposição final e os tratamentos inadequados dos RSU podem provocar impactos negativos em níveis locais e globais, o que justifica destinar recursos e esforços no sentido de ampliar os conhecimentos que envolvem o seu tratamento e disposição final. A necessidade do conhecimento de como se comportam os resíduos sólidos urbanos (RSU) em um aterro sanitário em relação à sua composição e seus processos de degradação são de suma importância na elucidação sobre as melhores práticas operacionais em aterros e também no auxílio à tomada de decisão no gerenciamento de possíveis impactos e contaminações. Um aterro de RSU é um sistema complexo, no qual processos físicos, químicos e biológicos promovem a degradação da matéria orgânica com geração de efluentes líquidos e gasosos, modificando a pressão no interior da massa de resíduos, que é contida por sistemas de impermeabilização de base e de cobertura. Assim, para melhor compreensão desse sistema, são necessários estudos de parâmetros relacionados à microbiologia, à química e à mecânica dos resíduos sólidos, como a quantificação de microrganismos que atuam no processo de decomposição, a caracterização química dos resíduos e dos efluentes gerados e a determinação da compressibilidade da massa de resíduos (ALCÂNTARA, 2007). Também, a busca de soluções para a destinação final ambientalmente adequada para os resíduos sólidos tem se constituído um grande desafio, pois ainda não há a total compreensão sobre o funcionamento dos processos bio-físico-químicos e as rotas metabólicas de biodegradação da massa de resíduos, bem como sua influência no comportamento dos aterros sanitários. Segundo Alcântara (2007), o uso de células experimentais de pequenas dimensões (lisímetros) representa uma técnica bastante interessante do ponto de vista experimental, visando o estudo do comportamento dos resíduos quanto aos aspectos físicos, químicos e microbiológicos contribuindo para uma melhor compreensão de tais fenômenos. 2

3 Este trabalho tem como objetivo apresentar o projeto e desenvolvimento de um lisímetro em escala de laboratório, o qual será utilizado para futuros estudos do comportamento de resíduos sólidos urbanos. 2. METODOLOGIA 2.1. Fluxograma da pesquisa O fluxograma da pesquisa está apresentado na Figura 1. Figura 1: Fluxograma da Pesquisa 2.2. Projeto do Lisímetro O projeto foi desenvolvido no Laboratório de Geotecnia da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo, com base nos experimentos de laboratório realizados por Levine et al. (2005) e Alcântara (2007). Os desenhos foram executados de forma a fornecer o necessário detalhamento visando à contratação dos serviços de usinagem, fresa, faceamento e calandragem dos materiais para posterior confecção e montagem das diversas partes do equipamento. Nesta etapa, também foram especificadas as peças necessárias à construção das instrumentações. 3

4 O projeto do lisímetro contemplou um equipamento com formato cilíndrico, composto por uma tubulação de PVC de 350 mm de diâmetro interno e 1,90 m de altura. O equipamento possuirá, acoplado a ele, tubulações para coleta de gases e lixiviado bem como instrumentação para leitura de parâmetros. No interior do lisímetro serão inseridos resíduos sólidos com composição gravimétrica a ser definida, os quais serão monitorados através de medições internas de ph, temperatura, recalques, o que permitirá a quantificação da biodegradação. O monitoramento do ph e da temperatura será feito através de medições continuas, em tempo real, por meio de sensores internos (phmetro e termopares) instalados em diferentes alturas: a primeira aos 350 mm iniciais partindo da base em direção ao topo, a segunda aos 800 mm e a terceira aos 1250 mm. Para determinação dos recalques, o equipamento será dotado de um Encoder Incremental, apresentado na Figura 2, o qual será adaptado junto à parede no topo do tubo de PVC. Além disso, a utilização de uma célula de carga (Figura 3), sobre a qual o lisímetro estará apoiado, tornará possível realizar o balanço de massa do sistema. Figura 2: Encoder Incremental Série 10. Figura 3: Célula de Carga CSL/ ZL500. 4

5 Lixiviado Sensores Recirculção do Lixiviado Os sensores eletrônicos estão sendo desenvolvidos em parceira com o Curso de Engenharia Elétrica da Universidade de Passo Fundo. Todos os sensores eletrônicos estarão conectados a um microprocessador e este a um dispositivo wireless, o qual enviará os dados, em tempo real, a um micro computador para posterior tratamento e interpretação, conforme ilustra a Figura 4. O equipamento contará ainda com sistema de coleta de gases, sistema de drenagem de fundo, reservatório para armazenamento do lixiviado e dispositivo para a sua recirculação. Saída de Gás ph C Wirelles Micro Processador ph C Wirelles ph C Célula de Carga Moto Bomba Figura 4: Layout completo da instrumentação Para análise da biodegradação e quantificação dos microorganismos envolvidos no processo, amostras dos resíduos poderão ser coletadas periodicamente com o auxílio de amostradores especiais inseridos no lisímetro em portas laterais Usinagem das peças As extremidades dos tubos foram fresadas e faceadas no Núcleo de Tecnologia Mecânica da Universidade de Passo Fundo, para que fosse obtido um encaixe adequado entre os tubos e as suas respectivas conexões. Também foi confeccionado um suporte de base para conectar o lisímetro à célula de carga, além de duas braçadeiras de segurança, a fim de manter a verticalidade do equipamento no laboratório Aquisição das peças As peças que serão utilizadas na montagem estão listadas a seguir: Tubo PVC 350 mm de diâmetro (DN) e 800 mm de comprimento (L); Tubo PVC 350 mm de diâmetro (DN) e 1200 mm de comprimento (L); Luva PVC 350 mm de diâmetro (DN) e 200 mm de comprimento (L); Cap PVC 350 mm de diâmetro (DN); Plug PVC roscável ½ e 1 ; Tubo de silicone 6 mm /10 mm; Registro esfera ½ ; Niple redutor ¾ x ½ ; 5

6 Terminal ½" x 11,8 mm de diâmetro; Difusor de água 3/8; Microprocessador PIC; Célula de Carga CSL/ZL 500; Sensor de ph V627C; Sensor de temperatura Termopar; Encoder Incremental Série 10; Conversor Analógico Digital MCP 3551; Placa COM USBBEE ROGERCOM Módulo OEM XBee ZNet 2.5 Série RESULTADOS: DESENVOLVIMENTO E MONTAGEM A Figura 5 apresenta o layout final do equipamento, o qual estará disposto em coluna, e ainda, as respectivas alturas das portas onde serão introduzidos os sensores que farão as medições de ph e temperatura, as portas de coleta de material e, o sistema filtrodreno de fundo, composto por areia graduada e geotêxtil. Figura 5: Layout do lisímetro (medidas em mm). A Figura 6 apresenta os detalhes das alturas dos tubos. 6

7 Figura 6: Dimensões dos tubos e conexões (medidas em mm) A Figura 7 apresenta uma foto do cap e luva, os quais servem de tampa e conexão aos tubos, tornando-os um receptáculo vedado em relação ao ambiente externo. Figura 7: Cap e Luva A Figura 8 apresenta uma imagem dos tubos com o faceamento e a frezagem das roscas nas extremidades, proporcionando um encaixe adequado com suas respectivas conexões. 7

8 Figura 8: Tubos Usinados 4. CONCLUSÃO O projeto do equipamento em escala de laboratório vem sendo implementado com êxito, com todos os componentes necessários para sua configuração já adquiridos. Após a montagem final, em um segundo estágio serão realizados ensaios pilotos para teste do equipamento e da instrumentação. REFERÊNCIAS ALCANTARA P.B. Avaliação da influência da composição de resíduos urbanos no comportamento de aterros simulados. Pernambuco, 200 p, Tese (Doutorado) Universidade Federal de Pernambuco. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2004). NBR Resíduos sólidos Classificação. São Paulo. 63p. IBGE. Pesquisa Nacional de Saneamento Básico PNSB/2000. Rio de Janeiro: IBGE/DPE, CD-Rom. LEVINE, A.D., HARWOOD, V.J., CARDOSO, A.J., RHEA, L.R., KAYAK, B.S., DODGE, B.M., DECHER, M.L., DZAMA, M.L., DZAMA, G., JONES, L., HALLER, E. Assessment of biogeochemical deposits in landfill leachate drainage systems. Flórida University of South Florida,