III-240 AVALIAÇÃO DA INSALUBRIDADE CAUSADA PELO BIOGÁS DE UM ATERRO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS Eduardo Antonio Maia Lins (1) Graduado em Engenharia Civil pela Escola de Politécnica de Pernambuco Universidade de Pernambuco. Mestre em Geotecnia Ambiental pela Universidade Federal de Pernambuco; Responsável pelo monitoramento ambiental do Aterro da Muribeca. Bolsista do Programa de Apoio a Núcleos de Excelência (PRONEX) e pesquisador do Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB). Felipe Jucá Maciel (2) Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pernambuco. Mestre em Geotecnia Ambiental pela Universidade Federal de Pernambuco; Engenheiro da Agência Nacional de Águas (ANA) e Consultor do Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco. José Fernando Thomé Jucá (3) Professor do Depto de Eng. Civil da UFPE; Doutor pela Universidade Politécnica de Madrid; Coordenador do Grupo de Resíduos Sólidos - GRS-UFPE; Coordenador do Programa de Monitoramento dos Aterros da Muribeca (PE), Aguazinha (PE) e Metropolitano (PB); Integrante do Programa de Apoio a Núcleos de Excelência (PRONEX) e do Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB). Antônio Rodrigues de Brito (4) Graduado em Engenharia Civil pela Escola de Politécnica de Pernambuco Universidade de Pernambuco. Bolsista CNPq para apoio técnico na área de resíduos sólidos. Integrante do Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco. Ingrid Roberta de França Soares Alves (5) Graduada em Ciências Biológicas Bacharelado pela Universidade Federal de Pernambuco UFPE. Integrante do Grupo de Resíduos Sólidos da Universidade Federal de Pernambuco. Endereço (1) : Rua João Teobaldo de Azevedo, 19 Poço da Panela - Recife PE - CEP: 52061-313 - Brasil - Tel: (81) 3268-2301 - e-mail: dudamaia@hotmail.com ou eduardomaialins@yahoo.com.br RESUMO Os processos de decomposição da matéria orgânica resultam na geração de gases tóxicos que, se não gerenciados adequadamente podem resultar em graves impactos ambientais, entre eles a contaminação do ar e o agravamento do efeito estufa. Os principais gases gerados durante este processo são o metano (CH 4 ) e o dióxido de carbono (CO 2 ), sendo o primeiro 21 vezes mais eficiente no aprisionamento do calor na atmosfera. Por outro lado, os gases naturalmente produzidos nos aterros, também chamados de biogás, podem ser utilizados de forma benéfica para geração de energia. Através, principalmente, dos processos de biodegradação por microorganismos, são formados gases tóxicos nos aterros de resíduos sólidos, onde estes além de prejudicar a saúde humana provocam impactos ao meio ambiente. Este trabalho tem por objetivo, analisar, de forma sucinta, os impactos causados pelos gases emitidos em aterros à saúde humana, bem como ao meio ambiente, tendo por base análises efetuadas no Aterro da Muribeca. PALAVRAS-CHAVE: Decomposição da matéria orgânica, geração de gases, ensaios de campo, impacto ambiental, aterro de resíduos sólidos da Muribeca. INTRODUÇÃO O mecanismo de formação de gases em aterros de resíduos urbanos é muito complexo devido à diversidade de materiais e compostos presentes e por suas possíveis interações físico-químicas e biológicas ao longo do tempo. Durante o período de decomposição dos resíduos, os processos microbiológicos são predominantes na formação dos gases. No entanto, existem outros mecanismos envolvidos que atuam ora isoladamente, ora associados com a microbiologia, na transformação das substâncias em gases. Estes mecanismos são os de volatilização e reações químicas (MACIEL, 2003). Alguns autores indicam duas fases de decomposição da matéria orgânica no interior das células de um aterro: a fase aeróbia e anaeróbia. No metabolismo aeróbio, os microorganismos se desenvolvem em presença de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
oxigênio molecular ou excepcionalmente incorporado a elementos minerais (nitratos ou sulfatos). Os principais microorganismos são as bactérias, leveduras e fungos (LINS, 2003). A cobertura diária do lixo promove processos aeróbios, tendo duração de um dia a várias semanas, até que seja consumido todo o oxigênio. A decomposição aeróbia usa rapidamente o oxigênio presente na célula de lixo e quantidades de gás carbônico e hidrogênio são produzidos, onde este processo dura menos que um mês. No metabolismo anaeróbio, os microorganismos se desenvolvem na ausência de oxigênio, podendo, entretanto, ser tolerado (anaeróbios facultativos) ou não (anaeróbios estritos). A degradação anaeróbia se dá logo após o consumo total de oxigênio no interior do aterro. Esta fase divide-se em duas etapas: a etapa da fermentação ácida e a da fermentação metanogênica (LINS, 2003). Na segunda fase da primeira etapa (Etapa Ácida), um dos principais ácidos graxos produzidos são: o ácido acético e o nitrogênio amoniacal. Esses ácidos se misturam com o líquido que percola pela massa de resíduo sólido, fazendo com que seu ph caia para valores entre 4 e 6, CASTILHO (2003) apud LINS (2003). O caráter ácido dessa mistura ajuda na solubilização de materiais inorgânicos, podendo apresentar altas concentrações de ferro, manganês, zinco, cálcio e magnésio. Os valores baixos de ph favorecem, também, o aparecimento de maus odores, com a liberação de gás sulfídrico (H 2 S), amônia (NH 3 ) e outros gases causadores de maus odores. Na última etapa (Metanogênica), os compostos orgânicos simples formados na fase acetogênica são consumidos por bactérias estritamente anaeróbias, denominadas bactérias metanogênicas, que dão origem ao metano (CH 4 ) e ao gás carbônico (CO 2 ). Essas bactérias metanogênicas desenvolvem-se preferencialmente em valores de ph próximos do neutro (ph = 7,0), entre 6,6 e 7,3, CASTILHO (2003) apud LINS (2003). Sabe-se que o gás sulfídrico é um gás altamente tóxico e irritante, que atua sobre o sistema nervoso, os olhos e as vias respiratórias. A intoxicação pela substância pode ser aguda, subaguda e crônica, dependendo da concentração do gás no ar, da duração, da freqüência da exposição e da suscetibilidade individual. O H2S é um gás volátil, e a principal via de penetração é a respiratória. Já a amônia é um gás extremamente irritante para as mucosas. Quando atinge as vias respiratórias superiores, manifestam-se espirros, dispnéia e tosse; estes sintomas podem evoluir no sentido de broncopneumopatias agudas. Quando atinge os olhos, estes lacrimejam e podem manifestar-se conjuntivites. Quanto ao metano, a sua maior nocividade se refere ao risco de explosão que este pode causar em função da falta de drenagem de gás em aterros cobertos. Além disto, é o gás indutor do efeito estufa de maior importância. Por molécula, um aumento da quantidade de metano no ar causa um efeito de aquecimento 21 vezes maior que a adição de dióxido de carbono, por que as moléculas de CH 4 absorvem uma maior fração dos fótons do infravermelho térmico que a atravessam do que as moléculas de CO 2. Até agora, estima-se que o metano tenha produzido cerca de um terço de todo o aquecimento global produzido pelo dióxido de carbono. Através dos processos de biodegradação por microorganismos são formados gases tóxicos nos aterros de resíduos sólidos, onde estes além de prejudicar a saúde humana provocam impactos ao meio ambiente. Este trabalho tem por objetivo, analisar, de forma sucinta, os impactos causados pelos gases emitidos em aterros à saúde humana, tendo por base análises efetuadas no Aterro da Muribeca. MATERIAIS E MÉTODOS A princípio, a metodologia de monitoramento consistia basicamente na realização de medições periódicas de concentração dos gases metano (CH 4 ) e oxigênio (O 2 ), unicamente no sistema de drenagem de gases. Com o passar do tempo, ficou constatado que a análise de monitoramento do biogás ficaria mais completa com a realização correlacionada com o segundo principal componente, o dióxido de carbono (CO 2 ). Com a incorporação do CO 2, o monitoramento também foi estendido para os tubos de inspeção que em conjunção com a drenagem principal perfaziam o monitoramentosub-superficial dos gases em 16 pontos de investigação em cada célula (MACIEL & JUCÁ, 2002). Já o monitoramento superficial consiste em determinar o comportamento dos gases no sistema de cobertura da célula. Esta determinação foi obtida com o desenvolvimento de uma placa de fluxo, cujo principal objetivo era de estimar a liberação dos gases para a atmosfera pela camada de cobertura. Esta placa de fluxo é uma câmara fechada e isolada que serve para aprisionar os gases que escapam do solo da camada final da célula. Desta forma, o processo de leituras das concentrações dos gases com o tempo pode ser sucedido. Outro parâmetro de destaque neste monitoramento superficial foi a avaliação da retenção de metano na camada de cobertura determinado pela diferença da concentração do gás antes de passar pela cobertura (tubo ensaio-auxiliar) e após sua passagem (placa-fluxo). A metodologia que vem sendo atualmente utilizada para monitorar os gases gerados no aterro da Muribeca envolve o tradicional estudo das concentrações dos gases CH 4, CO 2 e O 2 na superfície e sub-superfície da ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
célula e também no monitoramento em profundidade dos gases. Este monitoramento é realizado no furo de sondagem do ensaio SPT, medindo-se as concentrações dos gases simultaneamente a realização do furo (MACIEL & JUCÁ, 2002). Embora de grande valia para o entendimento dos processos de degradação da matéria orgânica ao longo da profundidade, este monitoramento só se justifica financeiramente quando os ensaios SPT são necessários para determinações de outros parâmetros. É importante ressaltar também que durante a realização deste monitoramento, não haja gradiente inverso de pressões no sentido da entrada de ar na massa de lixo pois, se isto vier a ocorrer, às leituras correspondentes não serão satisfatórias. Portanto, cuidados especiais devem ser tomados para que estas leituras se tornem confiáveis. Uma maneira de minimizar tal problema é avaliando as pressões atmosféricas locais durante o a realização do ensaio. RESULTADOS MACIEL (2003) fez a avaliação do CH 4 por meio da relação da concentração do CH 4 no interior da placa (C) com a concentração média do gás sob a cobertura (Co), ou seja, pela relação C/Co. Considerando-se que a concentração final dos gases no interior da placa é a máxima que percola pela cobertura, esta relação pode ser utilizada como indicativo da retenção do CH 4 no solo. Observou-se, que a relação final C/Co do CH 4 foi mínima no ensaio P-4 (0,40) e máxima no P-7 (0,96), ou seja, houve uma retenção de 60% na concentração inicial do CH 4 no ensaio P-4 e de apenas 4% no ponto P-7. Vale lembrar que o ensaio P-7 apresentou comportamento atípico de pressão e, por este motivo, foi constatado a retenção mínima do gás. Desta maneira, pode-se dizer que quanto maior a velocidade de percolação do gás no solo, menor foi sua retenção. O autor também avaliou a emissão de gases para uma das células de lixo do Aterro da Muribeca. A Tabela 1 apresenta o resultado do monitoramento dos gases CO 2, CO e H 2 S realizado na campanha de ensaio do dia 01/04/03. Apesar das análises serem feitas numa única ocasião, os valores encontrados mostram consistência entre si e também com as concentrações vistas na literatura. Segundo a NR-15, o limite máximo permitido de tolerância, da exposição do homem ao gás sulfídrico, não deve ultrapassar 8 ppm ou 12 mg/m 3 até 48 horas por semana. O H2S é um gás incolor, mais pesado do que o ar, com odor desagradável de ovos podres. Seu estado físico pode ser líquido sob pressão. Além disto, é um ácido forte com alto poder corrosivo. É um gás altamente tóxico e irritante, que atua sobre o sistema nervoso, os olhos e as vias respiratórias. A intoxicação pela substância pode ser aguda, subaguda e crônica, dependendo da concentração do gás no ar, da duração, da freqüência da exposição e da suscetibilidade individual. Por ser um gás volátil, a principal via de penetração é a respiratória. Experimentos com animais de laboratório mostraram absorção através da pele; contudo, no homem, a absorção por essa via é discutida. No nível dos alvéolos pulmonares, o H2S solubiliza-se no líquido surfactante que cobre a superfície das células, ocorrendo reação com compostos básicos presentes no tecido. Durante a solubilização ocorre a hidrólise. A + forma ionizada (H ) tem caráter ácido, enquanto que a forma molecular (H2S) é lipossolúvel e atravessa facilmente a membrana alveolocapilar, que tem uma composição lipídica. A partir desse ponto, o H2S atinge a corrente sangüínea, distribuindo-se para todo o organismo, produzindo efeitos sistêmicos, como por exemplo, ao nível do sistema nervoso central: excitação seguida de depressão, particularmente no centro respiratório: fraqueza, dor de cabeça, náusea, vômito, hiperexcitabilidade, alucinações, amnésia, irritabilidade, delírio, sonolência, fraqueza, convulsões e morte (Quadro 01); ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
Quadro 01: Concentração de H 2 S, tempo de exposição e Efeitos. Concentração do H 2 S (ppm) Tempo de exposição Efeitos 0,0005-0,13 1 minuto percepção do odor 10-21 6-7 horas irritação ocular 50-100 4 horas conjuntivite 150-200 2-15 minutos perda do olfato 200-300 20 minutos inconsciência, hipotensão, edema pulmonar, convulsão, tontura e desorientação 900 1 minuto inconsciência e morte 1.800-3.700 instantes morte A perda do olfato resulta da interação do H 2 S com o zinco (Zn), que é importante nas reações de percepção do olfato. A fadiga olfatória ocorre em 2 a 15 minutos, em concentrações acima de 100 ppm. Desta forma, o odor do H 2 S não é parâmetro seguro para se avaliarem concentrações perigosas. A ação irritante do H 2 S sobre a pele e as mucosas gastrointestinal decorre da formação de sulfeto de sódio, surgindo prurido (coceira), queimação e hiperemia (vermelhidão). Nos olhos surgem conjuntivite, fotofobia, lacrimejamento e opacificação da córnea. No aparelho digestivo, o H 2 S irrita a mucosa gastrointestinal e produz náusea e vômito. A biotransformação do H 2 S ocorre muito rapidamente e envolve em parte reações de oxidação pela hemoglobina oxigenada e por enzimas hepáticas, formando sulfatos e tiossulfatos que são eliminados pela urina e pelas fezes. Quando este mecanismo de desintoxicação é insuficiente, como ocorre em exposição a concentrações muito elevadas, acima de 700 ppm, o H 2 S é eliminado inalterado no ar expirado. Quanto aos impactos ao meio ambiente, o gás sulfídrico pode provocar a chuva ácida através da reação do sulfeto de hidrogênio com o oxigênio. Baseado nos ensaios de MACIEL (2003), observa-se que a retenção total do H 2 S numa espessura de solo de apenas 0,25 m (ensaio P-3) é de grande interesse para o contexto. Observa-se também que, sob a camada de cobertura há uma concentração elevada do gás sulfídrico, significando que este estando a céu aberto poderia ocasionar grande impacto à saúde humana, principalmente àqueles que se expõe diretamente ao lixo durante um elevado tempo. No caso de lixões, o contato dos catadores com o resíduo poderá promover impacto real a curtos intervalos de tempo. Já para o Monóxido de Carbono a NR-15 afirma que o limite máximo permitido de tolerância da exposição do homem não deve ultrapassar 39 ppm ou 43 mg/m 3. Baseado nos ensaios de MACIEL (2003), observa-se que o monóxido de carbono não representaria, ao menos na célula 08, uma exposição tão acentuada quando comparado ao gás sulfídrico. O Gás sulfídrico e o Monóxido de Carbono são considerados pela NR-15 como o grau de insalubridade máximo. Quanto ao Dióxido de Carbono, a NR-15 afirma que o limite máximo permitido de tolerância da exposição do homem não deve ultrapassar 3900 ppm ou 7020 mg/m 3 (até 48 horas por semana), não sendo um risco potencial à saúde humana, mas um grande responsável pelo efeito estufa. Para o Metano, a NR-15 considera o gás como um asfixiante simples para ambientes confinados, porém seus impactos se referem ao risco de explosão que este pode causar em função da falta de drenagem de gás em aterros cobertos, além ser um gás indutor do efeito estufa de maior importância. CONCLUSÕES De acordo com a referida pesquisa, conclui-se que: Para o ensaio realizado no local de menor espessura de solo (25 cm), foi verificado uma retenção total na passagem do gás sulfídrico (H 2 S). Este fato permite concluir que, apesar da camada de cobertura de 25 cm ser ineficiente para evitar a poluição do CH 4, a mesma funciona como uma barreira satisfatória para minimização da poluição local do H 2 S; Baseado nos ensaios de MACIEL (2003), observa-se que os gases emanados do aterro seriam mais nocivos em ambientes confinados, e não em ambientes dispersos como o Aterro da Muribeca. Porém, para aqueles que operam o aterro, deve-se utilizar EPI s a fim de evitar dores de cabeça e irritação ocular. Além disto, deve-se promover a cobertura da massa de lixo exposta a fim de reter o gás sulfídrico. Já sob a camada de cobertura há uma concentração elevada do gás sulfídrico, significando que este estando a céu aberto poderia ocasionar ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
grande impacto à saúde humana, principalmente àqueles que se expõe diretamente ao lixo durante um elevado tempo. No caso de lixões, o contato dos catadores com os resíduos poderá promover impactos reais em curtos intervalos de tempo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. LINS, E.A.M. A utilização da Capacidade de Campo na Estimativa do Percolado Gerado no Aterro da Muribeca. Recife, 2003. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco. Departamento de Engenharia Civil. 2. MACIEL, F. J. Estudo da geração, percolação e emissão de gases no aterro de resíduos sólidos urbanos da Muribeca. Recife, 2003. 159 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Pernambuco. 3. NR-15. Limites de Tolerância. 4. JUCÁ, J.F.T., MACIEL, F.J. Análises para Controle Ambiental dos gases Produzidos no aterro de resíduos sólidos da Muribeca, VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Cd-rom, 2002. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5