Caracterização dos Resíduos Sólidos Urbanos: Aproveitamento do Biogás

De Anna Kelly Moreira da Silva e Francisco Suetônio Bastos Mota

O livro Caracterização dos Resíduos Sólidos Urbanos: aproveitamento do biogás foi escrito em linguagem simples e didática e tem como objetivo orientar o leitor sobre a viabilidade econômica de aproveitar o gás gerado em aterros sanitários na produção de energia. Para compreender as interações físico-químicas e biológicas que ocorrem em aterros sanitários de resíduos sólidos urbanos, são necessários métodos que facilitem o estudo dos fatores que interferem no processo de biodegradação.

Um método eficiente para isso é a construção de células experimentais em escala reduzida (lisímetros), que representam uma técnica bastante eficiente e de baixo custo. O lisímetro é um biorreator representativo de lixo em escala reduzida, dotado de sistema de drenagem de líquidos e gases, tubos de coleta de amostras sólidas, temperatura, concentração e fluxo de gases, proporcionando a obtenção de parâmetros sob condições controladas. Sua finalidade é simular e acelerar a decomposição aeróbia e anaeróbia dos resíduos, proporcionando maior conhecimento dos processos microbiológicos.

A partir dessa técnica e de análises de diversos parâmetros, o leitor vai poder acompanhar nestas páginas o processo de biodegradação dos resíduos sólidos depositados dentro de lisímetros, no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia, estado do Ceará, além de trazer um breve histórico sobre a geração de lixo e esclarecer como funciona a produção de lixiviado e gás. Explica como esse gás pode ser reaproveitado na produção de energia, promovendo assim o desenvolvimento sustentável. Pode-se concluir que é de fundamental importância investir em técnicas de aproveitamento do biogás gerado nos aterros sanitários.

• Idioma: Português
• Editora: Editora Appris
• Data de lançamento: 28 de jun. de 2019
• ISBN: 9788547324803

Pré-visualização do livro

COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO SUSTENTABILIDADE, IMPACTO, DIREITO, GESTÃO E EDUCAÇÃO AMBIENTAL

A Deus, por estar sempre comigo.

À minha mãe, pelo apoio que me deu em todos os momentos da minha vida.

AGRADECIMENTOS

A Deus, pelas oportunidades de conquistas em todos os momentos da minha vida.

À minha mãe, Ozenira Pereira, a razão do meu viver, pelo apoio que sempre me deu.

Aos meus amigos, em especial à Márcia Rodrigues, pela amizade, pela ajuda e pelo incentivo.

Ao Prof. Dr. Suetônio Mota, pela clareza nas respostas e pelo apoio.

Ao Prof. Dr. Ronaldo Stefanutti, também pela disponibilidade e ajuda dada no desenvolvimento deste trabalho.

À Prof.ª Dr.ª Marisete Aquino, pela sua disponibilidade e colaboração no melhoramento do desenvolvimento da pesquisa.

Ao engenheiro Gleydson Amorim, diretor do Asmoc, onde se realizou a pesquisa, por permitir a realização do trabalho.

Aos funcionários do Asmoc, em especial Valdenizio, por colaborarem e ajudarem na montagem do experimento, o que foi de fundamental importância para a realização desta pesquisa.

A meus alunos do Instituto Federal de Educação do Ceará, pela ajuda na realização da pesquisa, colaborando com as análises físico-químicas e microbiológicas do lixiviado.

Aos colegas do laboratório da Universidade Federal do Ceará, também pela ajuda na realização da pesquisa, colaborando com as análises físico-químicas da massa de lixo.

APRESENTAÇÃO

Este livro apresenta os resultados de uma pesquisa sobre Saneamento Ambiental, desenvolvida na Universidade Federal do Ceará e os ensaios do comportamento dos Resíduos Sólidos Urbanos – RSU gerados no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia-CE (Asmoc), utilizando lisímetros experimentais preenchidos com resíduos de diferentes composições, avaliando assim a geração do biogás e analisando a viabilidade energética do aproveitamento desse biogás.

Foram monitorados os parâmetros físico-químicos e microbiológicos da massa de lixo e do lixiviado presente nos lisímetros, analisando as características dos resíduos e sua viabilidade ambiental de degradação.

Os ensaios realizados forneceram resultados consistentes e mostraram que essa técnica foi eficiente e economicamente interessante.

O primeiro capítulo é uma breve introdução sobre a justificativa e o objetivo de realizar tal pesquisa. No segundo capítulo são apresentadas informações para melhor compreender o assunto. O terceiro capítulo apresenta informações sobre o desenvolvimento da pesquisa. O último capítulo trata dos resultados obtidos na pesquisa, apresentando informações tais como a caracterização dos resíduos sólidos depositados no Aterro Metropolitano Oeste de Caucaia (Asmoc), o comportamento dos resíduos sólidos depositados nos lisímetros, além da sua evolução com o tempo. E, por fim, é apresentada ainda, no quarto capítulo, a avaliação da geração do biogás, em termos de composição e vazão nos lisímetros.

Espera-se, com a publicação deste livro, contribuir para o aprimoramento da prática de aproveitamento do biogás a partir da geração de lixo.

Agradecemos aos que colaboraram com esta pesquisa: aos funcionários do Asmoc, por colaborarem e ajudarem na montagem do experimento, o que foi de fundamental importância para a realização desta pesquisa; aos meus alunos, pela ajuda na realização do projeto, colaborando com as análises físico-químicas e microbiológicas do lixiviado; aos colegas do laboratório da Universidade Federal do Ceará, também pela ajuda na realização da pesquisa, colaborando com as análises físico-químicas da massa de lixo; e aos professores da Universidade Federal do Ceará, que direta ou indiretamente ajudaram, em especial ao professor Suetônio Mota.

Os autores

PREFÁCIO

A publicação da pesquisa da Prof.ª Anna Kelly Moreira da Silva no formato de um livro é um claro reconhecimento da importância do seu trabalho para o Saneamento Ambiental, especialmente para a grande área que envolve a Gestão e o Gerenciamento de Resíduos Sólidos Urbanos.

A leitura desta obra permite ao interessado a oportunidade de aprender sobre temas pouco explorados na literatura, especialmente sobre os processos envolvidos na degradação dos resíduos sólidos e na geração e composição de gases e líquidos em aterros sanitários.

Os resultados obtidos na parte experimental da pesquisa evidenciam a importância dos estudos com lisímetros e abrem espaço para novas investigações com os resíduos sólidos gerados.

Este livro é, sem dúvidas, uma importante fonte de dados e informações para estudantes, professores e demais interessados. Parabéns, professora!

Boa leitura!

Gemmelle Oliveira Santos

Prof. Dr. Engenharia Civil – Saneamento Ambiental (UFC)

Mestrado em Gestão Ambiental do IFCE, Câmpus Fortaleza

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

Sumário

1

INTRODUÇÃO

2

COMPREENDENDO O ASSUNTO

2.1. RESÍDUOS SÓLIDOS E FASE DE DEGRADAÇÃO

2.1.1. Decomposição dos resíduos sólidos

2.2. RESÍDUOS SÓLIDOS E PRODUÇÃO DO LIXIVIADO

2.3. RESÍDUOS SÓLIDOS E PRODUÇÃO DE BIOGÁS

2.3.1. Fatores que influenciam a composição do biogás

2.3.2. Sistema de conversão do biogás em energia elétrica

2.4. EXPERIÊNCIAS EM LISÍMETROS

3

MATERIAL E MÉTODOS

3.1. ÁREA DE ESTUDO

3.1.1. Localização dos lisímetros

3.2. DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA

3.2.1. Implantação dos lisímetros

3.2.1.1. Montagem dos lisímetros

3.2.1.2. Preenchimento dos lisímetros

3.2.1.3. Pintura e cercamento da área

3.2.2. Monitoramento dos lisímetros

3.2.2.1. Lixiviado

3.2.2.2. Massa de lixo

3.2.2.3. Medição da composição do gás

3.2.2.4. Medição da vazão do gás

4

RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. COMPOSIÇÃO GRAVIMÉTRICA DOS RESÍDUOS SÓLIDOS

4.2. MONITORAMENTO DOS LISÍMETROS

4.2.1. Lixiviado

4.2.2. Massa de Lixo

4.2.3. Composição do gás

4.2.3.1 Análise específica

4.2.3.2. Composição do gás por turno: manhã e tarde

4.2.3.3. Análise geral

4.2.4. Vazão do gás

5

CONCLUSÕES

REFERÊNCIAS

1

INTRODUÇÃO

A geração de resíduos sólidos é uma consequência da atividade humana. Desde as sociedades primitivas, humanos e animais utilizam a Terra como recurso de apoio à vida e para dispor seus resíduos.

Antigamente, essa disposição não representava um problema significativo, pois a população era pequena e a quantidade de terra disponível para a assimilação desses resíduos era grande¹. Mas hoje, com o aumento populacional e a mudança nos hábitos de vida das populações, a produção e o descarte de resíduos se transformaram num grande problema para a sociedade, tendo em vista a superação da capacidade do meio em assimilar os rejeitos descartados².

Com a intensificação do processo industrial, aliada ao crescimento da população e à consequente demanda por bens de consumo, o homem passou a produzir quantidades significativas de resíduos sólidos, que acabam sendo constituídos de uma mistura muito complexa e de naturezas diversas.

O aterro sanitário é uma das principais formas de disposição de resíduos no mundo. Os resíduos depositados nesses ambientes entram em decomposição gerando líquidos (chorume e lixiviado) e gases que podem afetar diretamente o meio ambiente.³

Os líquidos podem causar a contaminação e poluição hídrica, e os gases emitidos podem causar problemas adversos à saúde, odores, perigo de explosão e ainda contribuem para o aumento do efeito estufa⁴.

Os principais gases gerados durante esse processo são o metano (CH4) e o dióxido de carbono (CO2), 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 biogases, podem ser utilizados de forma benéfica para geração de energia e adicionalmente, negociados por meio do Tratado de Kyoto.

Embora no Brasil já existam algumas plantas de aproveitamento de biogás, como no Aterro Sanitário dos Bandeirantes-SP e no Aterro de Canabrava, Salvador, não existe metodologia desenvolvida para este assunto, levando-se em conta as peculiaridades locais: composição dos resíduos, clima e operação do aterro, entre outras.

As estimativas de geração de gases no país ainda são feitas indiretamente, baseadas em modelos e parâmetros obtidos de aterros sanitários europeus ou norte-americanos.

Em geral, esses parâmetros não refletem adequadamente as condições de biodegradabilidade dos resíduos locais em razão das diferenças climáticas e de projeto, operação e manutenção dos aterros. Portanto, tais estimativas podem estar susceptíveis a grande variabilidade.

Sendo assim, torna-se extremamente necessária a determinação experimental de parâmetros e sua variação ao longo do tempo, e também o desenvolvimento de metodologia baseada nas condições locais buscando a compreensão dos mecanismos envolvidos no processo e seu acompanhamento temporal, aliado a condições de operação e fatores externos, para que se possa avaliar diretamente o potencial energético dos aterros de resíduos urbanos do país.

Porém uma das maiores dificuldades enfrentadas no desenvolvimento de pesquisas relacionadas a aterros em escala real é o grande número de variáveis envolvidas no processo, além do elevado custo e da dificuldade de obtenção sistemática de dados sob condições conhecidas ou controladas, dada a própria dinâmica de operação do aterro.

Para compreendermos melhor as interações físico-químicas e biológicas que ocorrem em aterros de resíduos sólidos urbanos ao longo do tempo, é necessário então desenvolver métodos que facilitem o estudo dos fatores que interferem no processo de biodegradação.

Um método eficiente para isto é a construção de células experimentais em escala reduzida ou de lisímetros, que representam uma técnica bastante eficiente e de baixo custo.

O lisímetro é um biorreator representativo de lixo em escala reduzida, dotado de sistema de drenagem de líquidos e gases, tubos de coleta de amostras sólidas, temperatura, concentração e fluxo de gases, proporcionando a obtenção de parâmetros sob condições controladas⁵.Sua finalidade é simular e acelerar a decomposição aeróbia e anaeróbia dos resíduos, proporcionando o maior conhecimento dos processos microbiológicos⁶.

Portanto, este trabalho teve como objetivo acompanhar o processo de biodegradação dos resíduos sólidos depositados dentro de lisímetros, por meio de análises de diversos parâmetros, no Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia-CE (Asmoc).

Para melhor compreender o comportamento dos resíduos sólidos urbanos (RSU) dispostos no aterro, foram construídos lisímetros com a finalidade de avaliar a geração do biogás, estudando assim a viabilidade energética do aproveitamento do biogás, monitorando os parâmetros físico-químicos e microbiológicos do lixiviado e da massa de lixo, e analisando as características dos resíduos e sua viabilidade ambiental de degradação.

Este trabalho apresenta informações referentes ao monitoramento de três lisímetros, chamados L1, L2 e L3, com composições diferentes, objetivando a obtenção, no decorrer do tempo, da quantidade e qualidade dos resíduos e dos gases gerados, considerando a idade do lixo, a quantidade de resíduos biodegradáveis e a fase de degradação do lixo para a avaliação do potencial energético.

Para atingir o objetivo proposto, os seguintes objetivos específicos também foram perseguidos:

•  Efetuar a caracterização dos resíduos sólidos depositados no Asmoc, em termos de composição gravimétrica.

•  Estudar o comportamento dos resíduos sólidos depositados em