III-018 - ESTUDO DA GERAÇÃO DE METANO ...X Simpósio Ítalo -Brasileiro de Engenharia Sanitária e...

X Simpósio Ítalo -Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

III-018 - ESTUDO DA GERAÇÃO DE METANO PRODUZIDO NA S CÉLULAS DO ATERRO SANITÁRIO METROPOLITANO CENTRO EM SALVADO R DA

BAHIA

Miriam de Fátima Carvalho (1) Engenheira Civil pela Escola de Engenharia Kennedy. Mestre em Geotecnia pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Doutora em Geotecnia pela EESC/USP. Pós-Doutorado pela Universite Joseph Fourier- LIRIGM. Atualmente é professora e pesquisadora da Universidade Católica do Salvador e colaboradora em pesquisa na Universidade Federal da Bahia - Laboratório de Geotecnia Ambiental (GEOAMB). Sandro Lemos Machado Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Bahia (UFBa). Mestre em Geotecnia pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Doutor em Geotecnia pela EESC/USP. Pós-Doutorado pela Universite Joseph Fourier- LIRIGM. Atualmente é professor Associado I da Universidade Federal da Bahia e coordenador do Laboratório de Geotecnia Ambiental (GEOAMB). Júlio César Fialho do Nascimento Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Bahia (UFBa). Mestre em Geotecnia pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Atualmente é Doutorando em Geotecnia pela EESC/USP e professor da Universidade Federal do Recôncavo Baiano (UFRB). Átila Caldas Santos Engenheiro Sanitarista e Ambiental pela Universidade Federal da Bahia (UFBa). Atualmente é Mestrando em Engenharia Ambiental Urbana pela UFBa. Endereço(1): Rua Aristides Novis, 2 - 8º andar - Federação - Salvador - Ba - CEP: 40210-630 - Brasil - Tel: +55 (71) 3283-9461 - e-mail: [email protected] RESUMO

Este artigo apresenta um estudo acerca dos parâmetros envolvidos no modelo de decaimento de primeira ordem, utilizado para simular o processo de perda de massa em ambiente anaeróbio e a consequente geração de metano (CH4) em aterros sanitários. Resultados de caracterização física (umidade e composição) e de biodegradabilidade (STV) obtidos em resíduos novos, coletados na frente de lançamento do Aterro Sanitário Metropolitano Centro (ASMC) foram utilizados para previsão do potencial de geração de metano, L0. O mesmo procedimento foi utilizado em amostras de resíduos de diferentes idades para estimativa da constante relacionada à taxa de geração de CH4, k. Estes procedimentos têm sido alvo de estudo do Laboratório de Geotecnia Ambiental da UFBa, GEOAMB, nestes últimos anos. Uma análise estatística para o L0 foi realizada, considerando um intervalo de confiança de 70%. Resultados da previsão teórica para as células do ASMC são comparados com a produção de biogás medido na estação de captação do biogás no aterro e conclusões sobre o trabalho são apresentadas. PALAVRAS-CHAVE: Geração de metano, Resíduos Sólidos, Biodegradabilidade. INTRODUÇÃO

Os Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) são constituídos de diversos componentes, tais como, materiais orgânicos, papel/papelão, metal, têxtil, plásticos, pedra/cerâmica etc. A disposição de RSU acontece de diversas maneiras, merecendo destaque a disposição em aterros sanitários, a qual aponta-se como bastante atrativa no que tange as questões das emissões atmosféricas. Aterro Sanitário é usualmente contextualizado como um grande reator bioquímico, que tem resíduos e água como os principais produtos de entrada, gás e lixiviados como saída. Nos aterros, os resíduos passam por processos de decomposição anaeróbia gerando metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2), além de vapor de água e misturas de traços de gases. Muitos fatores interferem na geração de CH4 em aterro sanitário, porém os mais importantes são a composição, a idade do resíduo, o teor de umidade, o pH e a temperatura. Normalmente o biogás gerado é captado e queimado, evitando o escape indesejado para a atmosfera ou para áreas vizinhas ao aterro.

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Para o conhecimento da biodegradabilidade e da composição do resíduo novo (RN), necessários para a estimativa do potencial de geração de gás, foram efetuadas dez coletas de RSU novos, em diferentes épocas, oriundos da Estação de Transbordo de Canabrava, que recebe diariamente cerca de 1500 toneladas do lixo doméstico da capital baiana e em seguida os encaminham, por meio de carretas, para o Aterro Sanitário Metropolitano Centro (ASMC), onde é realizada à disposição final em células anaeróbias. Neste aterro também coletou-se RSU de diferentes idades para avaliar o potencial de geração de metano remanescente e sua taxa de geração. Todo método aplicado desde a seleção da amostra até os ensaios laboratoriais, bem como a metodologia de cálculo são mostrados no desenvolvimento deste trabalho. Com os dados de caracterização dos RN aterrados e o tempo de aterramento desses últimos, associados aos valores de fração biodegradável propostos na literatura, estimou-se o potencial de geração de metano (CH4) e a constante de decaimento do modelo de primeira ordem, utilizando o procedimento simplificado proposto por Machado et al. (2008), descrito sucintamente neste artigo. O objetivo deste artigo é apresentar um estudo acerca dos parâmetros envolvidos no modelo de decaimento de primeira ordem, utilizado para simular o processo de perda de massa em ambiente anaeróbio e a consequente geração de CH4 em aterros sanitários. Serão apresentados e discutidos dados de caracterização de amostras de RN e de resíduos com diferentes idades de aterramento, os quais foram utilizados por meio de procedimentos simplificados para estimar o potencial de geração de CH4 (L0) e a constante relacionada à taxa de biodegradação, k, dos RSU. Os valores de L0 e k obtidos foram utilizados para se calcular a produção esperada de CH4 nas células do ASMC, a qual foi comparada com a produção de CH4 obtida em campo. Para melhor compreensão dos resultados, foi realizada uma análise estatística para o potencial de geração de metano (L0), considerando um grau de confiança de 70%. Os resultados de previsão obtidos para as células do aterro foram comparados com a produção do biogás medido na estação de captação de biogás do ASMC ao longo dos anos, e as conclusões a que se pôde chegar são apresentadas ao final do trabalho. MATERIAIS E MÉTODOS

CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

Amostras representativas de RN foram coletadas separando-se material de duas carretas provenientes da Estação de Transbordo de Canabrava, que recebe resíduos de boa parte de Salvador. No instante da descarga, coletou-se cerca de 400 litros de resíduo em cada carreta com auxílio de uma escavadeira. Em seguida o material foi disposto sobre manta plástica e procedeu-se a homogeneização e quarteamento do mesmo. Retirou-se duas amostras, sendo uma, de cerca de 60kg, destinada a caracterização dos resíduos e a outra, com 15kg, para obtenção do teor de umidade. As amostras coletadas no interior do aterro foram obtidas por meio da abertura de cavas, com auxílio de uma retroescavadeira, e o material coletado foi depositado sobre a manta, seguindo o mesmo procedimento descrito para RN. Apenas a amostra de resíduo velho com idade de 1 ano teve coleta diferenciada, a qual foi coletada com auxílio de um trado helicoidal com 30 cm de diâmetro. A Figura 1 mostra uma sequência de fotos que ilustram o processo de coleta de amostras de RN, homogeneização e separação manual dos componentes e a Figura 2 ilustra a sequência de atividades de escavação das células e coleta de material de diferentes idades. A separação manual e secagem dos componentes do RN foi realizada no próprio ASMC. Os resíduos foram separados nos diversos constituintes: papel/papelão, plástico, borracha, metal, madeira, vidro, pedra/cerâmica, têxtil e fração pastosa (ou pasta). O termo fração pastosa refere-se aos materiais orgânicos facilmente degradáveis (frutas, restos de alimentos) e moderadamente degradáveis (folhas e osso), bem como àqueles que não podem ser identificados ou que não são possíveis de serem separados em outras categorias. Posteriormente a separação, cada componente foi pesado e secado em estufa até constância de massa. Tais procedimentos permitiram obter a composição em base seca (BS) e/ou úmida (BW), além do teor de umidade de cada componente e do resíduo como um todo. No caso do resíduo aterrado, separou-se os componentes nos seguintes grupos: papel/papelão, madeira, fração pastosa e outros (materiais não facilmente degradáveis).



Figura 1: Coleta de amostras de resíduo novo, homogeneização do material e segregação dos constituintes.

Figura 2: Sequência das atividades de escavação e coleta de resíduos de diferentes idades. O teor de umidade em base seca (w=mw/ms) e em base úmida (wBW=mw/mh) foi determinado para cada componente e para o resíduo como um todo, contabilizando a massa de água (mw) existente no resíduo, a massa seca (ms) e a massa total (mh). O teor de umidade do resíduo como um todo foi obtido usando: a) dados da composição do resíduo seco e valores individuais do conteúdo de água de cada componente e b) amostras de resíduo no estado natural. Utilizou-se estes resultados para checar a eficácia das medidas para evitar a perda de água das amostras durante o procedimento de separação. O Teor de Sólidos Totais Voláteis (STV) foi obtido utilizando pequenas quantidades da fração pastosa triturada (cerca de 20g), secada em estufa a 70ºC por uma hora e depois calcinada em mufla a 600ºC por duas horas. Por meio da diferença entre a massa da amostra após a secagem na estufa (material inerte + não inerte) e na mufla (material inerte) obteve-se o STV. Maiores detalhes sobre as técnicas de realização destes ensaios, além de outros à exemplo da curva de granulometria do resíduo e pesos específicos, podem ser encontrados em Machado et al., (2006a) e Machado et al., (2006b). ESTIMATIVA DO POTENCIAL DE GERAÇÃO DE GÁS

O potencial de geração de CH4 (L0) e a constante relacionada à taxa de geração de metano (k) foram estimados empregando o modelo de decaimento de primeira ordem (Equação1). Trata-se de um modelo simplificado de uso recomendado pela United States Enviromental Protection Agency - EPA (USEPA, 1996; 1998; 2005) e pelo Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC (IPCC, 2006) para o cálculo das emissões de CH4 em Aterros Sanitários de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU). Nesta equação, q é a taxa específica de geração de CH4 (m3 CH4/ano Mg-resíduo) e t é o tempo desde a disposição do resíduo (ano). Dois são os parâmetros básicos utilizados na equação: L0, potencial de geração de CH4 (m

3 CH4 / ano Mg-resíduo) e k, taxa de geração de CH4 (ano-1). q = L0.k.e-kt equação (1) Os parâmetros de geração de gás podem ser obtidos seguindo diferentes estratégias, tais como modelos matemáticos, ensaios laboratoriais e ajustes a valores de medidas de gás obtidos em aterros reais. Acerca dos modelos existentes, pode-se dizer que a previsão do L0 baseada somente na composição química do resíduo (empregando o balanço de massa para realizar a completa conversão da celulose e hemicelulose em CH4) conduz à obtenção de um potencial máximo absoluto de CH4. Na prática, esse potencial nunca é alcançado devido a



inacessibilidade de certos componentes e inabilidade de todo resíduo orgânico de degradar. De acordo com USEPA (2005), este potencial deve ser ajustado por um fator de biodegradabilidade, que é baseado em várias suposições. Algumas estratégias são sugeridas pela USEPA (2005) e pelo IPCC (2006) para obtenção de valores de L0 e k, incluindo a sugestão de faixas de valores para cada parâmetro. Embora os modelos em uso e os parâmetros tenham sofrido ajustes e refinamentos com o passar dos anos, eles não são totalmente infalíveis (USEPA, 2005) e os modelos mais elaborados são muito complexos e com muitas variáveis que dependem do local de aterramento (IPCC, 2006). Neste sentido, continuam-se adaptando os modelos correntes, especialmente nos tópicos relativos aos parâmetros de previsão, aquisição e validação. O uso de procedimentos simplificados permite a estimativa dos parâmetros que podem ser utilizados como valores preliminares em modelos mais elaborados para a representação do processo de perda de massa em resíduos. APROXIMAÇÃO SIMPLIFICADA PARA ESTIMATIVA DO L 0

A Fração Biodegradável de um componente específico do resíduo (BF) pode ser obtida através de ensaio que quantifica o potencial bioquímico de CH4 (teste BMP), por onde se determina a quantidade de CH4 possível de ser gerada por unidade de massa de RSU, peso seco (LOBO, 2003). A fração biodegradável pode ser calculada por meio da relação entre o valor do BMP e o valor previsto pelas equações estequiométricas, (denominado neste trabalho de Cm), no qual é assumida a completa conversão do material orgânico em produtos gasosos. Os valores de Cm sofrem variações de acordo com os componentes considerados. Não obstante, eles estão normalmente entre 400 a 500 L CH4/kg-RSU seco. Segundo Barlaz et al. (1990), valores de Cm de 414,18 e 424,2 L CH4/kg-seco podem ser considerados para a celulose e hemicelulose, respectivamente. Um potencial de 750 a 900 L biogás/kg-seco é apresentado por Tchobanoglous et al. (1993). Como a fração de CH4 usualmente varia entre 0,5 a 0,6, valores similares de Cm são previstos pelos dois autores. A Tabela 01, reproduzida de Lobo (2003), mostra valores de BF para diversos materiais constituintes do resíduo sugeridos por diversos autores. A Tabela 02 apresenta valores de Cm e consumo de água previstos pela Equação 2 (Tchobanoglous et al., 1993) para diferentes componentes do resíduo.

[ ] [ ] [ ]3

242dcba NH.d

8

CO.d3c2ba4

8

CH.d3c2ba4

4

0H.d3c2ba4NOHC +++−+−−+→+−−+

equação (2) Tabela 01 – Valores de BF sugeridos na literatura.

Autor BF

Papel Papelão Resíduos

Alimentares Resíduos de

Jardim Madeira Têxteis

Tchobanaglous et al. (1993) e Bonori et al.

(2001) 0,44 0,38 0,58 0,45 0,61 0,40

Barlaz et al (1997) 0,19 - 0,56 0,39 0,70 0,70 - 0,34 0,14 - Harries et al (2001) 0,30 - 0,40 0,44 - 0,20 - 0,51 0,30 - 0,33 0,17 - 0,25

Lobo (2003) - Adotado

0,40 0,41 0,64 0,35 0,17 0,32

Fonte: Modificado de Lobo, 2003 Os valores de Cm para o resíduo como um todo pode ser calculado usando a Equação 3, onde a fração de cada componente em base seca é denominada de FR. BFw representa a fração biodegradável do resíduo como um todo, obtida por meio da Equação 4.



Tabela 02 – Geração de Metano (Cm) e o consumo de água de acordo com a Equação 2

Componente orgânico do resíduo Cm Consumo de H2O

m3 CH4/seco-Mg H2O kg/seco-kg Resíduos Alimentares 505,01 0,26

Papel 418,51 0,20 Papelão 438,70 0,16 Têxteis 573,87 0,41 Couro 759,58 0,64

Resíduo de Jardim 481,72 0,28 Madeira 484,94 0,24

Fonte: Tchobanoglous et al., 1993

w

n

1imiii

m BF

C . FR . BFC

∑= = equação (3)

i

n

1=iiW .FRBF=BF ∑∑∑∑ equação (4)

Conhecendo-se os valores de BFw e Cm, pode-se utilizar a Equação 5 para calcular o L0. Utiliza-se o valor do teor de umidade, w, de forma a se considerar somente a massa seca do material orgânico potencialmente degradável.

w1

C . BFL mw

o += equação (5)

No método simplificado empregado pelo IPCC (2006), o potencial de geração de CH4 é estimado por meio de uma equação de balanço de massa que envolve a determinação do conteúdo de Carbono Orgânico Degradável (DOC) do resíduo. As Equações 6 a 8 são utilizadas para estimar o potencial de geração de CH4. Vale ressaltar que essas equações foram ligeiramente modificadas para ajustar melhor ao conteúdo deste trabalho. A quantidade de carbono orgânico efetivamente degradável (base seca), DDOCm é uma parcela do carbono que realmente irá degradar sob condições anaeróbias e é calculado pela Equação 6. Nesta equação, DOC é a fração orgânica do carbono degradável, DOCf é a fração do carbono orgânico que decompõem sob condições anaeróbias (usualmente assumido como 0,5) e MCF é a fração do resíduo que irá decompor sob condições aeróbias no aterro, denominado de fator de correção de CH4. Para aterros operados em condições anaeróbicas, o IPCC (2006) sugere que MCF=1.

.MCFDOC.DOC=DDOC fm equação (6)

Com base nas equações apresentadas anteriormente, pode-se dizer que o DOCf e o BF tem um significado similar e que o DOC e BMP são proximamente relacionados. Considerando os dados apresentados na Tabela 03 para diferentes componentes do resíduo e a composição do resíduo (base seca) de cada componente (FR), pode-se utilizar a Equação 7 para calcular o valor do DDOCm do resíduo como um todo.

fii

n

1=iim .DOC.FRDOCMCF.=DDOC ∑∑∑∑ equação (7)

Segundo o modelo do IPCC (2006), o L0 (m

3 CH4/Mg-RSU) pode ser calculado usando a Equação 8. A fração de CH4 existente no gás é representada por FCH4, 16/12 é a relação entre o peso molecular do CH4 e do Carbono. A densidade do CH4 (adotada como 0,717 kg/m3 neste trabalho) é representada por ρCH4 e o teor de umidade em base seca é expresso por w. Em campo, os valores de FCH4 estão em torno de 0,55.



W)(1 . 12

16.F.DDOC

L4CH

4CHm

o +ρ= equação (8)

Tabela 03 – Valores de DOC segundo IPCC.

Componentes DOC em % de resíduo úmido DOC em % de resíduo seco Padrão Variação Padrão Variação

Papel/Papelão 40 36 - 45 44 40 - 50 Têxteis 24 20 - 40 30 25 - 50

Res. Alimentares 15 8 - 20 38 20 - 50 Madeira 43 39 - 46 50 46 - 54

Res. de poda 20 18 - 22 49 45 - 55 Guardanapos 24 18 - 32 60 44 - 80

Borracha/Couro 39 39 47 47 Plásticos - - - -

Metal - - - - Vidro - - - -

Outros, inertes - - - - Fonte: IPCC, 2006 Países em desenvolvimento tendem a apresentar maiores valores de L0. Pode-se dizer, contudo, que em países de clima tropical em desenvolvimento, os elevados valores de umidade tendem a reduzir o conteúdo de matéria seca do resíduo, contrabalançando a presença de altos teores de matéria orgânica. Tchobanoglous et al. (1993) apresenta uma faixa do potencial de geração de biogás entre 750 a 900 m3/Mg-resíduo seco. Segundo o IPCC (2006), o valor de k é afetado por fatores relativos a composição do resíduo, condições climáticas da área onde se localiza o aterro, características do aterro, práticas de disposição final do resíduo, dentre outros, conforme demonstra a Tabela 04. As maiores taxas de decaimento (k=0,2 ano-1) estão associadas com condições de alta umidade e presença de material rapidamente degradável, como resíduos alimentares. As menores taxas (k=0,02 ano-1) associam-se a ambientes secos e presença de resíduo lentamente degradável, tais como, papel e madeira. Tabela 04: Valores de k sugeridos pelo IPCC.

Tipo de resíduo

Boreal seco e Temperado

Boreal úmido e Temperado

Tropical seco Tropical úmido

Padrão Variação Padrão Variação Padrão Variação Padrão Variação

Degradando lentamente

Papel/Têxteis 0,04 0,03 - 0,05 0,06 0,05 - 0,07 0,045 0,04 - 0,06 0,070 0,06 - 0,085

Madeira/ palha 0,02 0,01 - 0,03 0,03 0,02 - 0,04 0,025 0,02 - 0,04 0,035 0,03 - 0,05

Degradando moderadamente

Outros orgânicos putrecíveis

(exceto alimentos)

/Lixo de jardim e parques

0,05 0,04 - 0,06 0,1 0,06 - 0,1 0,065 0,05 - 0,08 0,170 0,15 - 0,2

Degradando rapidamente

Resíduos alimentares/

lama de esgoto 0,06 0,05 - 0,08 0,185 0,1 - 0,2 0,085 0,07 - 0,1 0,400 0,17 - 0,7

RSU como um todo 0,05 0,04 - 0,06 0,090 0,08 - 0,1 0,065 0,05 - 0,08 0,170 0,15 - 0,2

Fonte: IPCC, 2006



DETERMINAÇÃO DAS TAXAS DE GERAÇÃO DE METANO

O potencial de geração de CH4 (L0) e a constante relacionada à taxa de geração de CH4 (k) foram calculados conforme os procedimentos descritos anteriormente utilizando-se os resultados de caracterização do RSU (composição gravimétrica, w e STV). O potencial de geração de CH4 de amostras de RN foi calculado usando as equações 3 a 8. Para o caso de amostras com diferentes idades, a equação 9 foi usada para estimar a fração biodegradável ainda restante do resíduo, BFw(t). Como pode ser observado, a relação entre o conteúdo de sólidos voláteis num determinado instante VS(t) e a do início, VSo, foi empregada para corrigir a fração biodegradável de cada componente com o tempo. A equação 9 é muito útil na medida em que permite fazer a correção do valor do BF da pasta devido a dificuldade de separação de certos componentes do resíduo. Os valores de L0(t) foram calculados fazendo uso da mesma Equação 5 apresentada anteriormente, trocando-se apenas BFw por BFw(t).

∑== O

)t(n

1iiiW VS

VSFR.BF)t(BF equação (9)

Os valores de L0 e L0(t) foram utilizados para o cálculo de k utilizando os valores de L0 relativos às amostras de resíduo de várias idades.

t.k

o

O eL

)t(L −= equação (10)

Para o método do IPCC (2006), a equação 11 foi utilizada no lugar da Equação 9. Na Equação 11, valores de MCF=1 e FCH4=0,6 foram adotados. Com intuito de melhor comparar os resultados obtidos, os valores de DOCf foram assumidos iguais aos valores de BF para cada componente do resíduo (conforme Tabela 01). Essa aproximação leva em consideração que amostras mais velhas, as quais apresentam menor conteúdo de resíduos alimentares e resíduos de jardim em comparação com amostras novas, tendem a ter menores valores de BF (ou DOCf).

∑∑∑∑

O

(t)fi

n

1=iii.m VS

VSDOC.FRDOCMCF.=(t)DDOC equação (11)

RESULTADOS

A Tabela 5 apresenta resultados de teores de umidade considerando o resíduo como um todo. Teores de umidade obtidos usando o resíduo no seu estado natural (sem separação do resíduo) e usando valores de umidade individuais de cada componente após a separação do resíduo apresentaram uma diferença menor que 20%, com exeção da amostra RN09/05 e 8,76 anos de idade, indicando que a perda de água durante a separação dos componentes foi, na maioria dos casos, pequena. Teores de umidade obtidos usando amostras coletadas no interior do aterro foram normalmente menores que aqueles obtidos para resíduo coletado na frente de lançamento, exceto para w=176% obtido para amostra de resíduo com 1 ano de aterrado. Os teores de umidade encontrados estão próximos daqueles obtidos por Carvalho (1999) para os resíduos do Aterro Sanitário Bandeirantes e daqueles publicados por Gabr e Valero (1995). A Tabela 6 mostra dados de composição para amostras de resíduos com várias idades. No caso do RN, o valor apresentado é a média de várias amostragens. Observou-se significativa variação na porcentagem de papel/papelão, metal, plástico e fração pastosa. No entanto, o decréscimo esperado no conteúdo pasta com o tempo não é claro. Isso, provavelmente, é devido ao fato de que com o processo de decomposição, vários componentes do resíduo e também de solo das coberturas temporárias são incorporados nesta fração devido à dificuldade de separação. O teor de matéria orgânica da pasta (FR vezes STV) entretanto, decresce com o tempo (como esperado). Para amostras de RN, o STV na pasta variou entre 47 a 65%, com um valor médio de



57,1%. No caso de amostra com 9 anos, este valor decresce para 16,19%. Quando o teor de matéria orgânica da pasta é analisado, observa-se um decréscimo de 21,3 para 5,25% em 9 anos. Tabela 5: Teor de umidade do resíduo estudado.

Amostras Teor de umidade - base seca Teor de umidade - base úmida

Resíduo como coletado

Após separação dos componentes

Resíduo como coletado

Após separação dos componentes

RN01/04a 83,1 101,1 45,4 50,3 RN09/04 75,0 84,1 42,9 45,7 RN03/05 70,8 83,0 41,5 45,4 RN09/05 122,4 83,8 55,0 45,6 RN03/06 113,7 103,9 53,2 50,9 RN10/06 81,9 73,6 45,0 42,4 RN03/07 119,2 124,9 54,4 54,4 RN09/07 120,1 126,5 54,6 55,9 RN03/08 90,3 110,8 47,5 52,6 RN10/08 127,4 114,7 56,0 53,4 Média RN 100,4 100,7 49,5 49,7

1 ano 176,2 176,1 63,8 63,9 4 anos 90,2 - 47,42 -

8,76 anos 69,4 39,2 40,9 28,2 7,84 anos 70,1 65,9 41,2 39,3 5,50 anos 70,3 77,4 41,3 43,6 9,09 anos 63,7 68,8 38,9 40,8 3,92 anos 57,1 63,9 36,3 38,9 4,42 anos 85,2 79,7 46,1 44,35

a - RN 01/01 - resíduo novo, mês e ano de amostragem. Tabela 06: Composição dos resíduos expressa em percentagem de peso seco.

Componente Percentagem – base seca (%)

RSU Novo

1 ano

4 anos

8,76 anos

7,84 anos

5,50 anos

9,09 anos

3,92 anos

4,42 anos

Pedra/ cerâmica 10,4 16,4 13,4

59,42 50,54 59,49 52,54 57,08 66,41

Têxteis 3,5 2,0 2,5 Borracha 0,3 0,3 0,2 Plásticos 20,2 8,7 13,8

Vidro 3,8 5,2 4,1 Metal 2,9 9,0 5,0

Papel/ Papelão 16,9 4,2 5,2 40,58a

6,05 9,74 5,52 3,65 5,60 Madeira 5,6 8,1 5,7 7,04 8,65 9,51 15,23 18,12

Pasta 36,3 46,0 50,2 36,37 22,11 32,42 24,05 9,87 STV pasta (%) 57,1 28,7 19,8 19,68 17,97 20,95 16,19 16,04 23,21

Matéria orgânica pasta (BS) 21,3 13,3 9,9 7,99 6,54 4,63 5,25 3,86 2,29 a - inclui madeira, papel/papelão e pasta A Tabela 7 apresenta os resultados obtidos pela aplicação dos procedimentos empregados (Cm, BFw e L0). Foi adotado um valor de w=100% para todas as amostras de resíduo, o mesmo obtido para amostras de RN. Isto foi feito de modo a eliminar a influência da água de infiltração, compressão do resíduo etc, nos valores de w da amostra coletada dentro do aterro. Obteve-se para o RN e considerando o uso de Cm e BFw, um valor médio de L0=65,87 m3 CH4/Mg-resíduo. Este valor decresce para L0 (t)=19,88 m3 CH4/Mg-resíduo quando amostras de 9 anos são consideradas. Se o método do IPCC (2006) é usado, um valor médio de L0=66,30 m3 CH4/Mg-resíduo é obtido para RN. Pode ser observado que apesar das diferenças nos métodos usados, os resultados apresentados na Tabela 7 são muito próximos. A equação 10 foi usada no ajuste dos valores de L0 apresentados na Tabela 7, fixando os valores de L0=65,87 e 66,30 m3 CH4/Mg-resíduo obtidos para cada método usado. Um valor de k=0,218 ano-1 foi determinado utilizando o método dos mínimos quadrados em ambos os casos. Os resultados experimentais obtidos e os ajustados podem ser vistos na Figura 3, além do ajuste ótimo, intervalo de confiança de 70% dos dados experimentais. As curvas superior e inferior nesta figura (em cor azul) foram obtidas considerando a curva média ajustada pelo método proposto ± 1,035 σy.



Tabela 7: Valores de Cm, BFw, e L0 estimados usando os procedimentos empregados.

Parâmetros RSU Novo

1 ano

4 anos

8,76 anos

7,84 anos

5,50 anos

9,09 anos

3,92 anos

4,42 anos

Cm (m3CH4/seco-Mg) 480,0 488,8 487,0 493,4 475,3 465,0 474,5 477,5 469,8 BFW 0,275 0,152 0,125 0,069 0,090 0,093 0,084 0,074 0,073

L0 (m3 CH4/Mg) 65,87 37,12 30,24 17,03 22,07 21,86 19,88 17,64 17,18

L0 (m3 CH4/Mg) IPCC (2006) 66,30 36,92 29,95 16,78 23,04 23,46 20,98 18,91 18,92

0.0 2.5 5.0 7.5 10.00

20

40

60

80

100ExperimentalExperimental IPCCGeoambIPCCInferiorSuperior

Idade das amostras (ano)

Lo (

m3

CH

4/M

g)

Figura 3: Valores de L0 experimentais e ajustados em função das idades das amostras.

De posse dos valores de L0=65,87 m3 CH4/Mg-resíduo, k=0,218 ano-1 e com as quantidades de resíduos dispostos no aterro mensalmente, fornecidas pela equipe do ASMC, pôde-se determinar a produção horária de CH4 estimada para as células de disposição do aterro, Q, para os respectivos tempos de disposição dos resíduos. Isso permitiu comparar a taxa de produção de CH4 estimada a partir dos dados de laboratório com a produção de CH4 medida em campo. A análise da produção de CH4 para as células do aterro incluindo uma análise estatística para um nível de confiança de 70% será mostrada a seguir nas Figuras 4 (a, b, c,d), e sempre que possível, ter-se-á comentários à respeito do comportamento das curvas de geração com o histórico de disposição de resíduos e com a operação do aterro. O tempo de disposição médio é a diferença entre a data atual e o tempo de operação. De acordo com a Figura 4a, as células 1, 2, 3 e 4 iniciaram operação em outubro de 1997 e permaneceram recebendo RSU até abril de 2003, período em que ocorreu a completa interrupção da disposição de RSU nessas células. Observa-se da Figura 4ª que para os primeiros anos de operação a produção de CH4 medida na estação de captação de biogás manteve-se abaixo da produção estimada, mas em sua maioria, permaneceu dentro do intervalo de 70%. A produção de CH4 na central apresentou-se superior à produção estimada a partir do mês de fevereiro de 2006 permanecendo com esse comportamento até o tempo de disposição de 9 anos, aproximadamente o mês de outubro de 2006, período em que iniciou um decréscimo em relação a produção prevista que permanece ao longo do tempo decorrido desde a disposição. A produção de gás, chegou a situar acima do intervalo de confiança somente em um curto intervalo de tempo e depois passou a apresentar valores em torno dos valores mínimos esperados para um intervalo de confiança de 70%. A disposição de RSU na Célula 5 foi iniciada em maio de 2003. Em abril de 2004 ocorreu a união da Célula 5 com a Macrocélula 1, tendo disposição até maio de 2004, sofrendo alterações depois de alguns meses, onde realizou-se o alteamento desta célula com a Célula 6. Infere-se da Figura 4b que para o período de tempo decorrido entre março de 2004 a março de 2006 a produção oscilou por conta das interrupções da disposição, comprovado no histórico mensal de disposição que mostra interrupção para os seguintes períodos: junho a agosto de 2004 (T=6,84) e de fevereiro a agosto de 2005 (T=7,34). A produção apresenta tendência de decrescimento (T=8,42) por conta da interrupção da disposição de RSU nesta célula. A produção de gás nesta célula, que chegou a situar acima do intervalo de confiança (implantação de novo soprador) passou a apresentar valores em torno dos valores mínimos esperados para um intervalo de confiança de 70%.



6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,00

1000

2000

3000

4000

5000

Células: 1, 2, 3 e 4CampoLimite inferiorLimite superior

Tempo decorrido (ano)

Q (

m3

CH

4/h

)

Figura 4a: Células 1, 2, 3 e 4

6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,00

1000

2000

3000

4000

5000Junção da célula 5 com a Macro CélulaCampoLimite InferiorLimite superior


Q (

m3

CH

4/h

)

Figura 4b: Célula 5 com a Macro Célula

6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,00

1000

2000

3000

4000

5000

Célula 6

CampoLimite Inferior

Limite superior


Q (

m3

CH

4/h)

Figura 4c: Célula 6

6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,00

2000

4000

6000

8000

Geração de MetanoCampo

Limite InferiorLimite superior


Q (

m3

CH

4/h)

Figura 4d: Produção Total no ASMC

A disposição de RSU na Célula 6 foi iniciada em junho de 2004 e permaneceu até setembro de 2004. Em outubro de 2004 interrompeu-se à disposição nesta célula. Reiniciou-se a disposição na Célula 6 em fevereiro de 2005 e permaneceu até setembro do mesmo ano, período em que se iniciou o alteamento com a Célula 5 finalizado em fevereiro de 2006. Após o término do alteamento, a Célula 6 voltou a receber RSU e até o presente momento, continua sendo operada dessa forma. Da Figura 4c percebe-se que até por volta de 8,34 anos a produção de CH4 prevista apresentou variações devidas às interrupções na disposição. Observa-se também que a produção de CH4, medida em campo a partir de dezembro de 2006 (T=9,17), apresentou-se sempre abaixo da produção prevista, todavia, continuou dentro do intervalo de confiança de 70%. A Figura 4d mostra o comportamento da produção de CH4 medida no ASMC e o comportamento esperado da produção total de CH4. Observa-se um decréscimo na produção de CH4 medida na estação central de captação de biogás a partir do tempo de disposição de 9 anos (aproximadamente outubro de 2006). A produção de gás, que chegou a situar acima do intervalo de confiança passou se apresentar em torno dos valores mínimos esperados para o intervalo de confiança considerado. Variações na produção de biogás em aterros sanitários podem ser decorrentes de diferentes fatores, como a composição do resíduo, condições climáticas e de operação do aterro. Com relação aos dois primeiros fatores, contudo, pode-se dizer que não houve alterações significativas que justificassem essas mudanças. Quanto às condições de operação do aterro, segundo informações da equipe de operação, no período que antecedeu a queda de produção ocorreram mudanças na operação, tais como disposição de resíduos novos sobre resíduos velhos, ou seja, na fase metanogênica. Isso possivelmente alteraria o ambiente de decomposição no interior do maciço, onde bactérias metanogênicas já estabelecidas sofreriam com a interferência (competição) das bactérias acidogências. Além disso, as atividades de alteamento das células resultaram na criação de zonas de baixa percolação no aterro, provenientes da dificuldade de remoção por completo da camada de cobertura. Este fato foi comprovado em campo nas áreas onde ocorreram os alteamentos, através da análise de perfis de umidade.



CONCLUSÃO

Os valores de L0 obtidos neste trabalho são inferiores àqueles normalmente apresentados na literatura técnica para países em desenvolvimento e de clima tropical. Isto provavelmente se deve aos altos teores de umidade do resíduo que contrabalanceiam a ocorrência de altos teores de matéria orgânica. Os valores de k (cerca de 0,218 ano-1) são consistentes com as condições de campo (alta temperatura e umidade) as quais tendem a acelerar o processo biodegradativo do material. O valor de k encontrado é coerente com as indicações do IPCC (2006) que prescreve para regiões de clima tropical úmido valores de k variando entre 0,15 a 0,20 ano-1. A análise estatística considerando intervalo de confiança de 70% mostrou que a grande maioria dos valores de L0 e da produção de CH4 no aterro caíram dentro deste intervalo. Contudo, desde outubro de 2006 a produção de gás medida passou a apresentar valores em torno dos valores mínimos previstos. As estimativas de produção remanescente de CH4 para a Macro Célula e Célula 05 (RSU antes do último alteamento) são bastante reduzidas, o que desencoraja a tomada de medidas de campo para o incremento de sua produtividade, como o uso de recirculação de chorume. Este procedimento pode ser aventado para as outras áreas do aterro, desde que mediante ajuda especializada em biodegradação, de forma a não se fomentar uma eventual competição entre bactérias de diferentes fases de decomposição, conforme já relatado anteriormente. A diminuição nos valores de produção de biogás de campo pode estar relacionada com modificações no processo de operação do aterro, seja pelo lançamento de RN sobre resíduos ainda em início de fase metanogênica (produção máxima de biogás) ou por heterogeneidades nos valores de umidade em decorrência de antigas camadas de cobertura não completamente removidas. Para que estas dificuldades sejam minoradas, sugere-se que novas camadas de resíduo sejam lançadas em resíduos com idade mínima entre 3,5 a 4 anos, correspondente à meia vida do processo de decomposição do RSU. Sugere-se ainda que, quando da remoção das camadas de cobertura de solo para a disposição de novo material, revolva-se pelo menos 1 metro do resíduo aterrado, misturando-o com o resíduo a ser lançado. Isto tende a diminuir o contraste de permeabilidade entre as sucessivas camadas de RSU observado em campo. As estimativas de produção de CH4 para a Célula 6 são promissoras, para tanto deve-se atentar para o processo de operação, principalmente com relação a questão de cobrimento adequado da célula e a não disposição de RSU sobre resíduos velhos antes do período de tempo de 3,5 a 4 anos, correspondente à meia vida biodegradativa do resíduo. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a Battre-Bahia Transferência e Tratamento de Resíduos S/A pelo apoio e parceria ao projeto de pesquisa e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB) pela concessão da bolsa de mestrado.



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