DRENAGEM DE GASES

Decomposição em Aterros Sanitários

Física

Química

Biológica

quebra de partículas

oxidação, redução, hidrólise, etc.

ação de microorganismos

(mais importante)

Decomposição

líquidos sólidos gases

Decomposição em Aterros Sanitários

Decomposição biológica

3 fases

Aeróbia

Anaeróbia ácida(acetanogênica)

Anaeróbia metanogênica

Fase Aeróbia (curta e superficial)

Lixo degradável+

oxigênio

CO2 (Gás Carbônico)(pouco)

+NH3 (gás amoníaco ou amônia) (mais)

+CALOR

(temperatura aumenta)+

MAT. DEGRADÁVEL

Decomposição em Aterros Sanitários

Reação Típica

CaHbOcNd

+1/4(4a+b-2c-3d)O2

aCO2

+1/2(b-d)H2O

+dNH3

C68H111O50N1 + 70 O2

CO2 + H20 H2CO3

68 CO2 + 55 H2O + NH3

Exemplo

Decomposição em Aterros Sanitários

- Formação de ácidos reduz pH

- Temperatura aumenta

- Chorume produzido em pequena quantidade e ainda não agressivo

- massa de resíduos não atinge capacidade de campo.

Decomposição em Aterros Sanitários

Fase Anaeróbia Acetonogênica

- oxigênio praticamente acaba- temperatura diminui- produção de CO2 aumenta- produção de ácidos orgânicos aumenta- pH continua diminuindo (valores < 6)- chorume muito agressivo- capacidade de campo pode ser alcançada

Reação Típica

CaHbOc aCO2 + (c-2a)H2O

C6H12O6 + 6H2O 6CO2

Decomposição em Aterros Sanitários

Fase Anaeróbia Metanogênica(mais longa)

- sem oxigênio- temperatura pouco alterada (30 a 40 oC)- consumo de ácidos orgânicos aumenta- pH entre 6 e 8 - chorume menos agressivo- produção de CO2 diminui- aumenta produção de CH4 (metano)

Decomposição em Aterros Sanitários

Reação Típica

CaHbOc

+1/4 (4a-b-2c) H2O

1/8(4a+b-2c)CH4

+1/8(4a-b+2c)CO2

Exemplos

HCH3COO CH4 + CO2

C6H12O6 3CO2 + 3CH4

C18H36O2 + H2O 5CO2 + 13CH4

Decomposição em Aterros Sanitários

Produção de Gases (CH4 + CO2)

Equação Básica

Exemplo: Determinar volume de gás em 1 ton de gordura (C55H106O6)

CaHbOcNd

+1/4 (4a-b-2c+3d) H2O

1/8(4a+b-2c-3d)CH4

+1/8(4a-b+2c+3d)CO2

+dNH3

a=55; b=106; c=6 e d=0

C55H106O6 + 25.5H2O 39.25CH4 + 15.75CO2

Massas atômicas C=12, H=1 e O=16, logoC55H106O6 = 862 g por mol

Em 1 ton de gordura temos:1.000.000g/862g = 1160,09 mols de gorduraComo cada mol de gordura decompõe-se em 39,25 de CH4, teremos:

39,25 x 1.160,09 = 45.533,64 mols de CH4

Como cada mol de gás ocupa um volume de 22,4 litros,obtêm-se:

1.019.953,60 l de CH4

Da mesma forma para o C02, obtêm-se:

409.279,75 l de C02

Produção com o Tempo

Modelo de I Ordem

dC/dt = - k CC taxa de decomposição da matériaSolução: C(t) = Co . EXP (-k t)Meia vida (t1/2 )

C (t1/2) = Co /2 = Co . EXP (-k t1/2)

Logo k = ln 2 / t1/2 = 0.69 / t1/2

Taxa de Produção de Gases

P(t) = Co – C(t) = Co ( 1 – EXP (-k t))

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60

Tempo (anos)

De

c &

Pro

d (

%)

Decomposição Produção

Modelo aproximado pois não prevê decaimento

qt = ni=12 k L0 Mi ( e– kt

i)

L0 – potencial de geração de metano (140-180 m3/tf)K – taxa de geração de metano (0,02-0,1 por ano)Mi – peso de lixo no ano i (tf)ti – idade do lixo no ano i (ano)

Modelo da USEPA 1997

n – tempo de duração da análise

k = 0.06

Lo = 160T = 15

PRODUÇÃO DE GÁS - MODELO USEPA (1997)

Taxa de geração de metano por ano (1/t)

Potencial de geração de metano (m3/tf)Vida útil do aterro (anos)DADOS

Ano Peso de Lixo Prod anual de gas (m3/ano) Produção de gás (m3)0 0 0 01 4783,1 97298,8 48649,42 4943,3 192190,7 193394,23 5108,9 284925,1 431952,14 5280,1 375740,4 762284,85 5457,0 464865,0 1182587,56 5639,8 552517,9 1691278,97 5828,7 638909,4 2286992,68 6023,9 724241,7 2968568,29 6225,7 808709,5 3735043,7

10 6434,3 892500,6 4585648,811 6649,8 975796,6 5519797,312 6872,6 1058773,1 6537082,213 7102,8 1141600,7 7637269,114 7340,7 1224444,7 8820291,815 7586,6 1307466,5 10086247,416 0,0 1122363,7 11301162,617 0,0 959186,6 12341937,718 0,0 815429,1 13229245,619 0,0 688869,6 13981395,020 0,0 577538,2 14614598,921 0,0 479688,3 15143212,222 0,0 393771,8 15579942,223 0,0 318415,9 15936036,124 0,0 252404,1 16221446,125 0,0 194657,5 16444976,926 0,0 144220,4 16614415,927 0,0 100245,3 16736648,728 0,0 61981,2 16817762,029 0,0 28762,7 16863133,930 0,0 0,0 16877515,3

0,0E+00

2,0E+05

4,0E+05

6,0E+05

8,0E+05

1,0E+06

1,2E+06

1,4E+06

0 5 10 15 20 25 30

Tempo (anos)

Pro

du

çã

o A

nu

al

de

Gá

s (

m3 )

0,0E+00

2,0E+06

4,0E+06

6,0E+06

8,0E+06

1,0E+07

1,2E+07

1,4E+07

1,6E+07

1,8E+07

0 10 20 30 40

Tempo (anos)

Pro

du

çã

oT

ota

l de

Gá

s (

m3 )

Geração de gás é depende fundamentalmente do tipo da composição gravimétrica dos resíduos.Empiricamente, observação de vários aterros, cerca de 6 m3/t/ano ( Qian e outros, 2002).

Não existe padrão para duração da geração. 20 anos tem sido o normal, Aterros em regiões seca demoram mais, talvez até 100 anos.Aterros com recirculação duram menos (8 a 15 anos).

Processos de transporte por convecção e difusão.

Convecção gradientes de pressão.

Difusão gradientes de concentração

Convecção normalmente é mais importante

Tipos de Sistemas de Coleta de Gás

PASSIVOS – mais simples e mais utilizados no Brasil, menos racional.

ATIVOS – mais complicado, racional, facilita o resuso

Passivo

RESIDUOS

RACHÃO

RESIDUOS

TUBO DE CONCRETO PERFURADO Ø 40 cm

ESCALA 1:15

CORTE A A'

SOLO COMPACTADO

BRITA 4

30

30 60

RESÍDUOS

GA

SE

S

PE

RC

OLA

DO

10.0

40

Ativo

Drenagem e tratamento de gases

•Exaustão forçada Queima em “Flares” – redução CH4 (Quioto)

No Basil, Muribeca, Pernambuco