O quali-quantitativa do percolado gerado no aterro controlado de santa maria rs



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AVALIAÇÃO QUALI-QUANTITATIVA DO

PERCOLADO GERADO NO ATERRO CONTROLADO DE SANTA MARIA - RS
por

Tiago Luis Gomes

Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Área de Concentração em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de



Mestre em Engenharia Civil.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Ernando da Silva

Santa Maria, RS, Brasil
2005

Universidade Federal de Santa Maria

Centro de Tecnologia

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada,

aprova a Dissertação de Mestrado


AVALIAÇÃO QUALI-QUANTITATIVA DO PERCOLADO GERADO NO ATERRO CONTROLADO DE SANTA MARIA - RS
elaborada por

Tiago Luis Gomes

como requisito parcial para obtenção do grau de



Mestre em Engenharia Civil

COMISÃO EXAMINADORA:


Carlos Ernando da Silva, Dr.

(Presidente/Orientador)




Marcelo Borges Mansur, Dr. (UFMG)


Maria do Carmo Cauduro Gastaldini, Dra. (UFSM)

Santa Maria, 30 de Maio de 2005.



Dedico este trabalho aos
meus pais, Luiz e Carmen,
a minha avó Nilza
e a minha querida Ivana.
Agradecimentos

Aos meus pais, Luiz Carlos Gomes e Carmen Maria Hollweg Gomes, que sempre estiveram tão presentes na minha formação pessoal e profissional, apoiando-me incondicionalmente em todas as situações;

À minha avó Nilza Guastavino Hollweg, que me cedeu espaço, atenção, carinho e compreensão durante todos estes anos.

À minha querida Ivana Klafke Sperb, paciente nos momentos mais difíceis e para mim um exemplo de capacidade e determinação.

Ao meu Orientador Carlos Ernando da Silva por ter acreditado e depositado certeza no desenvolvimento de um trabalho sério desta magnitude.

Aos bolsistas de iniciação científica Teobaldo Frederico Gräbin e Diego Elias Ritter e mais recentemente o laboratorista Thiago Augusto Formentini pelo apoio técnico na realização das análises químicas das amostras de percolado.

Ao meu amigo e colega de Mestrado, professor Denecir Almeida Dutra por contribuir e lutar para um mesmo ideal de Meio Ambiente ecologicamente equilibrado.

Ao colega de Mestrado Gilson Piovezzam, pelo auxílio durante algumas coletas mesmo sob fortes intempéries.

A professora Maria do Carmo Cauduro Gastaldini, orientadora na iniciação científica, sempre atenciosa e competente, com esclarecimentos pontuais, entretanto precisos.

Ao encarregado do aterro, Miguel Roque Cavalheiro, por contribuir na preservação da calha Parshall e na formação do banco de dados de vazão.

Ao professor Arno Heldwein da Engenharia Agrícola, que contribuiu com dicas pontuais, porém importantes a respeito de evapotranspiração.

Ao setor de transportes da Universidade Federal de Santa Maria que cedeu veículo e motorista para serem realizadas as coletas.

Ao CNPq por conceder recursos financeiros para investimentos em infra-estrutura para que a pesquisa alcançasse êxito.

À Secretaria de Gestão Ambiental de Santa Maria mais precisamente ao ex-secretário Raul Vilaverde e o assessor técnico Geraldo Cervi, por fornecerem dados e fotos importantes para a dissertação.

Ao Departamento de Hidráulica e Saneamento e as pessoas que o compõem, os professores João Batista, Eloiza, Geraldo, Jussara, Irion, os funcionários Alcides e Astério.

À América Latina Logística do Brasil S/A por estimular a minha formação, disponibilizando horários para a conclusão da pesquisa.

E finalmente, a Universidade Federal de Santa Maria que concedeu a mim ensinos de Graduação e Pós-Graduação gratuitos e de qualidade.

Todos tem direito ao meio ambiente,



ecologicamente equilibrado, bem de

uso comum do povo e essencial à

sadia qualidade de vida, impondo-se

ao Poder Público e a coletividade o

dever de defendê-lo e a preservá-lo

para as presentes e futuras gerações”.
(artigo 225, capítulo VI, Constituição da República Federativa do Brasil, 1988).

sumário


1. Introdução 18

2. Revisão da literatura 21

3. Área em Estudo: aterro controlado da caturrita 42

4. materiais e métodos 48

5. Resultados 55

6. conclusões e recomendações 80

7. Referências bibliográficas 84

anexos 89

anexo a 90

anexo B 92


Lista de Tabelas


TABELA 1 – Composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos. 21

TABELA 2 - Quantidade diária de lixo coletado, por unidade de destino final. 23

TABELA 3 - Variação dos parâmetros monitorados nos lixiviados gerados em célula com revestimento de argila. 27

TABELA 4 - Variação dos parâmetros monitorados nos lixiviados gerados em célula com revestimento de PEAD. 27

TABELA 5 - Valores observados de DBO, DQO e relação DBO/DQO em amostras de percolado de aterros sanitários na fase metanogênica. 30

TABELA 6 - Características dos lixiviados em alguns municípios brasileiros. 31

TABELA 7 – Valores do coeficiente de escoamento superficial (C’). 37

TABELA 8 – Umidade do solo (mm de água/m de profundidade de solo). 37

TABELA 9 - Valores de K para aplicação no Método Suíço. 41

TABELA 10 – Balanço Hídrico para o Município de Santa Maria. 50

TABELA 11 – Vazão medida na calha Parshall, quantidade de amostragens e percolação. 55

TABELA 12 – Estimativa da vazão de percolado através do Método do Balanço Hídrico utilizando séries históricas longas. 60

TABELA 13 – Percentual de erro para o Método do Balanço Hídrico utilizando séries longas. 61

TABELA 14 – Estimativa da vazão de percolado através do Método do Balanço Hídrico utilizando séries históricas curtas. 62

TABELA 15 – Percentual de erro para o Método do Balanço Hídrico utilizando séries curtas. 63

TABELA 16 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Racional utilizando séries históricas longas. 64

TABELA 17 – Percentual de erro para o Método Racional utilizando séries históricas longas. 65

TABELA 18 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Racional utilizando séries históricas curtas. 66

TABELA 19 – Percentual de erro para o Método Racional utilizando séries históricas curtas. 66

TABELA 20 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Suíço utilizando séries históricas longas. 68

TABELA 21 – Percentual de erro para o Método Suíço para séries históricas longas. 68

TABELA 22 – Estimativa da vazão de percolado através do Método Suíço utilizando séries Curtas. 69

TABELA 23 – Percentual de erro para o Método Suíço utilizando séries históricas curtas. 70

TABELA 24 – Resultado da avaliação quantitativa através dos Métodos empíricos para séries longas e curtas e a vazão real medida na calha. 72

TABELA 25 – Síntese dos resultados do monitoramento qualitativo para a média de concentrações, desvio padrão, máximos e mínimos. 77


LISTA DE QUADROS


QUADRO 1 – Erros encontrados em Métodos empíricos de estimativa de vazões para diversos autores. 34

QUADRO 2 - Condições básicas para a utilização do Método do Balanço Hídrico. 35

QUADRO 3 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método do balanço hídrico. 36

QUADRO 4 – Características das Lagoas de Estabilização. 43

QUADRO 5 – Síntese de algumas características da Sub-bacia e do Aterro. 47

QUADRO 6 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método do Balanço Hídrico. 59

QUADRO 7 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método Racional. 63

QUADRO 8 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método Suiço. 67

QUADRO 9 – Armazenamento de água no solo (AS) em função da evapotranspiração potencial acumulada [Σneg (I-EP)]. Solo Siltoso (Asc = 120 mm) 90

QUADRO 10 – Resultados dos parâmetros de qualidade da água analisados na pesquisa 92



LISTA DE FIGURAS


FIGURA 1 - Tempo de vida útil de um aterro sanitário mostrando as tendências gerais do desenvolvimento da qualidade do gás e do percolado. 29

FIGURA 2 – Principais fatores que influenciam no balanço hídrico de um aterro sanitário. 32

FIGURA 3 - Esquema generalizado da formação do líquido percolado. 32

FIGURA 4 – Avaliação de erros de vazão para o aterro da Muribeca - PE. 34

FIGURA 5 – Sub-Bacia Hidrográfica do Arroio Ferreira, Santa Maria e o Rio Grande do Sul. 44

FIGURA 6 – Carta Hipsométrica da Sub-Bacia do Arroio Ferreira e o Aterro ao centro. 45

FIGURA 7 – Aterro da Caturrita com sua área total e sua área de contribuição para o balanço hídrico. 46

FIGURA 8 – Calha Parshall instalada na saída do sistema de tratamento de percolado. 49

FIGURA 9 – Curva de calibração de Calha Parshall e a respectiva equação da curva, relacionando lâmina de água e vazão. 49

FIGURA 10 – Pontos de monitoramento no sistema de tratamento e no corpo receptor adotados no presente trabalho. 51

FIGURA 11 – Bancada principal do Laboratório de Hidráulica e Saneamento – LABHIDRO – Setor de Apoio ao Saneamento. 52

FIGURA 12 – Coleta no ponto de monitoramento afluente ao sistema de tratamento de percolado. 53

FIGURA 13 – Vazão medida e o número de observações de vazões para cada mês. 56

FIGURA 14 – Percolação medida, série histórica de precipitação e diferença entre precipitação e evapotranspiração para o período da pesquisa. 57

FIGURA 15 – Relação entre a percolação medida e a série histórica de precipitação no período da pesquisa. 57

FIGURA 16 – Comportamento hídrico utilizando séries longas de precipitação e evapotranspiração. 58

FIGURA 17 – Avaliação de erros dos Métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço para séries históricas longas. 71

FIGURA 18 – Avaliação de erros dos Métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço para séries históricas curtas. 71

FIGURA 19 – Resultados dos Métodos empíricos e a Vazão Real para séries longas. 73

FIGURA 20 – Resultados dos Métodos empíricos e a Vazão Real para séries curtas. 73

FIGURA 21 – Eficiência de remoção de DBO e DQO pelo sistema de lagoas de estabilização para o histórico de dados de coleta. 75

FIGURA 22 – Eficiência de remoção de DBO e DQO pelo sistema de lagoas de estabilização excluindo o período atípico para o histórico de dados de coleta. 76

FIGURA 23 – DBO do ponto Efluente e o padrão de lançamento SSMA 05/89. 78

FIGURA 24 – DQO do ponto Efluente e o padrão de lançamento SSMA 05/89. 78


lista de abreviaturas, siglas e símbolos
A Area da Bacia Receptora da Chuva

AS Armazenamento de Água no Solo de Cobertura

∆AS Variação do Armazenamento de Água no Solo de Cobertura

C Coeficiente de Escoamento ou “Runoff” para o Método Racional

C’ Coeficiente de Escoamento Superficial

CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente

DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio em 5 dias à temperatura de 20 oC

DQO Demanda Química de Oxigênio

E Evaporação

EP Evaporação Potencial

ER Evaporação Real

ES Escoamento Superficial

FEPAGRO Fundação Estadual de Pesquisas Agropecuárias

G Vapor de Água que Sai com os Gases

i Intensidade Média da Chuva

I Infiltração

K Coeficiente Dependente do Grau de Compactação dos Resíduos

L Água que Sai como Percolado

OD Oxigênio Dissolvido

P Precipitação

PEAD Polietileno de Alta Densidade

PER Percolação

Q Vazão Superficial

QM Vazão Mensal

R Escoamento Superficial (Runoff)

R^2 Coeficiente de ajuste

SSMA Secretária de Saúde e Meio Ambiente

T Tempo


Uw Água Vinda com o Lixo

∆Uw Água Absorvida ou Retida pelo Lixo

∆Us Água Absorvida ou Retida pela Camada de Cobertura

wm Umidade dos Resíduos a serem Aterrados

∆S Capacidade de Campo Final do Aterro

resumo

D


issertação de Mestrado

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Universidade Federal de Santa Maria, RS, Brasil

Avaliação Quali-Quantitativa do percolado gerado no Aterro controlado de Santa Maria – RS

Autor: Tiago Luis Gomes

Orientador: Carlos Ernando da Silva

Data e Local da Defesa: Santa Maria, 30 de Maio de 2005



A questão de maior preocupação quanto à degradação ambiental em um sistema de disposição de resíduos sólidos urbanos é a geração de percolado (lixiviado ou chorume). A elevada carga poluidora presente no percolado é devido à presença de compostos de origem orgânica e inorgânica formados durante a decomposição dos resíduos. O gerenciamento inadequado deste percolado pode levar à poluição dos compartimentos ambientais, em particular, o solo, águas superficiais e águas subterrâneas. Através do monitoramento do sistema de tratamento por lagoas de estabilização é possível avaliar a eficiência do processo de remoção de poluentes e estimar o impacto gerado no lançamento dos efluentes em um corpo receptor. Neste trabalho, estudou-se o impacto ambiental gerado no Aterro Controlado da Caturrita, localizado no município de Santa Maria – RS, inserido na Sub-Bacia hidrográfica do Arroio Ferreira, com área total de 374.435,72 m2, recebendo aproximadamente 150 ton/dia de resíduos sólidos urbanos. Pelos Métodos Suíço, Racional e Balanço Hídrico, fez-se estimativas de vazões de percolado aferidas por medições reais no local, determinando a metodologia empregada na avaliação quantitativa do percolado gerado. Quanto à avaliação qualitativa, a mesma consistiu no monitoramento compreendido entre Agosto de 2003 e Março de 2005, apresentado características do percolado gerado durante a disposição dos resíduos sólidos e na qualidade da água no corpo receptor do efluente do sistema de tratamento de percolado, possibilitando determinar a eficiência do sistema das lagoas de estabilização, o impacto do lançamento de efluentes e o estado de degradação atual do aterro. Nos resultados quantitativos, utilizando gráficos de avaliação de erros para séries longas (dados de 34 anos para precipitação e 29 para evapotranspiração) e curtas (entre Maio de 2004 e Abril de 2005 para a precipitação e evapotranspiração), obteve-se para os Métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço, respectivamente, 31%, 13% e 34% de erros, considerando séries históricas longas de dados, e 48%, 21% e 76%, considerando séries históricas curtas de dados. Para os aspectos qualitativos do percolado, quanto ao estado de degradação dos resíduos, com nível de confiança de 95% a razão média encontrada entre DBO/DQO foi de 0,46±0,08 e para o pH igual a 7,9±0,14. A eficiência média do sistema de tratamento foi de 69±11% na remoção da DBO e 58±10% para a DQO. Em 92% das ocorrências o efluente apresentou valores de DBO acima do limite máximo de 200 mg/L. Situação semelhante é observada para o parâmetro DQO, que apresenta um limite máximo de 450 mg/L. O Método do Balanço Hídrico mostrou-se apto para utilização em dimensionamentos de sistemas de tratamento de efluentes com erro médio calculado de 34% acima da vazão real e se mostrando suscetível às tendências mensais reais. Os processos de degradação do percolado no aterro da Caturrita encontram-se no fim da fase acidogênica final, em virtude dos valores encontrados para razão DBO/DQO e pH, evidenciando o quanto ainda é possível degradar de matéria orgânica. A eficiência média do sistema de lagoas de tratamento, apresentou-se insuficiente, uma vez que a média de concentração do local é de 390±91 mg/L (ponto efluente) para a primeira e 1403±209 mg/L (ponto efluente) para a segunda, sendo que para atender a Portaria 05/89 SSMA-RS seria necessário uma concentração inferior a 200 mg/L para DBO e 450 mg/L para a DQO.
Palavras-chaves: Resíduos Urbanos, Aterro Controlado, Percolado, Balanço Hídrico, DBO e DQO

Abstract

D


issertação de Mestrado

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Universidade Federal de Santa Maria, RS, Brasil

QUALI-QUANTITATIVE EVALUATION OF leachate GENERATED IN a landfill in SANTA MARIA - RS

Author: Tiago Luis Gomes

Advisor: Carlos Ernando da Silva

Date and Place: Santa Maria, May 30, 2005



The subject of greater concern related to environmental degradation in a disposal system of urban solid wastes is the leachate generation. The high pollutant power of leachate is due to the presence of organic and inorganic composts formed during the decomposition of wastes. The inadequate leachate management can pollute environmental sites, particularly the soil, surface waters and groundwater basin. Through the verification of a system of treatment conducted by stabilization ponds it is possible to evaluate the efficiency of the process responsible for the removal of pollutants and to esteem the impact generated by the outflow in a receptor. This evaluation aimed to study the environmental impact generated in Caturrita's Landfill, located in Santa Maria – RS, which has a total area of 374435.72 m2 and is part of the hidrographic Sub – basin of Arroio Ferreira, receiving approximately 150 ton/day of urban solid wastes. Through Swiss, Rational and Balance Water Methods, leachate flows were estimated and checked by real measurements which took place on the site, thus determining the methodology employed in the quantitative evaluation of the leachate which was generated. The qualitative evaluation consisted of a monitoring system that was conducted from August 2003 to March 2005. It presented characteristics of the leachate generated during the disposal of solid wastes, as well as characteristics of the quality of water in the outflow receptor of the system of treatment of leachate. This evaluation enabled the determination of the effectiveness concerning the system of ponds used for stabilization, together with the determination of the outflow impact and the present degradation status of the landfill. The quantitative results were obtained through the use of error graphs evaluation for long series (data gathered from 34 years of precipitation and 29 years of evapotranspiration) and short series (between May 2004 and April 2005 for precipitation and evapotranspiration) and presented for the Balance Water, Rational and Swiss Methods, 31%, 13% and 34% of error rate, considering long historic series of data; and 48%, 21% and 76%, considering short historic series of data. Regarding the qualitative aspects of leachate, more precisely its degradation status (solid waste degradation), showing a confidence level of 95%, the mean ratio found between BOD/COD was 0.46± 0.08 and concerning the PH it was 7.9 ± 0.14. The mean effectiveness of the system of treatment was 69±11% when BOD was removed and 58±10% when COD was removed. In 92 % of the cases, the outflow presented BOD values above the maximum limit of 200 mg/L. A similar situation is observed regarding the COD parameter, presenting a maximum limit of 450 mg/L. The Balance Water Method proved to be apt to be used in dimensioning processes of systems of treatment of outflows, showing a mean error of 34% above the real flow and was susceptible to the real montly tendencies. The degradation processes of leachate in Caturrita's Landfill were found in the end of the final acidogenic phase, due to the values found for the ratio BOD/COD and the PH, enphasizing how much organic matter is still possible to be degraded. The mean effectiveness of the system of ponds of treatment was showed to be insufficient, considering that the mean concentration on the site is 390± 91mg/L (outflow site) for the first and 1403±209 mg/L (outflow site) for the second. In order to meet the values indicated by law (Portaria 05/89 SSMA–RS), it would be necessary a concentration inferior to 200 mg/L for BOD and 450 mg/L for COD.
Key-words: Urban Wastes, Landfill, Leachate, Balance Water, BOD and COD.

1. Introdução

As características de consumo da sociedade moderna instituíram problemas de degradação ambiental por lançamentos cada vez maiores e indiscriminados de dejetos líquidos, sólidos e gasosos, de origens comerciais, industriais ou residenciais ao meio ambiente. A geração crescente de resíduos sólidos urbanos, associada a uma falta de investimentos no setor de saneamento, leva à propagação da disposição dos resíduos em locais como córregos, rios ou, ainda, terrenos distantes. Em grande parte, estas disposições finais são desprovidas de técnicas adequadas de tratamento, instituindo agravantes ambientais como a contaminação de mananciais de águas superficiais e/ou subterrâneas.

O Brasil apresenta um quadro agravante no que tange à infra-estrutura de serviços de saneamento, sendo o gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos, ainda incipiente na realidade nacional, especialmente no tocante à utilização de sistemas adequados para a disposição final dos resíduos.

A questão de maior preocupação quanto à degradação ambiental em um sistema de disposição de resíduos sólidos urbanos é a geração de percolado (também denominado de lixiviado ou chorume). A elevada carga poluidora presente no percolado é devida à presença de compostos de origem orgânica e inorgânica formados durante a decomposição dos resíduos. O gerenciamento inadequado deste percolado pode levar à poluição dos compartimentos ambientais, em particular, o solo, águas superficiais e águas subterrâneas. Por este motivo, a concepção e o controle de um sistema de disposição final de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários devem contemplar, além dos aspectos operacionais nos processos de aterramento, o conhecimento das características do percolado gerado para o dimensionamento adequado do sistema de tratamento do mesmo.

Neste contexto, a avaliação da quantidade e das características químicas de percolados gerados na disposição dos resíduos é uma etapa fundamental na busca de conhecimento que permitam a redução do impacto ambiental gerado por esta atividade. A literatura apresenta métodos empíricos para a determinação do balanço hídrico em aterros sanitários, possibilitando, assim, a estimativa do volume de percolado gerado e fornecendo informações necessárias para o projeto de sistemas de tratamento do mesmo. Através do monitoramento do sistema de tratamento, é possível avaliar a eficiência de remoção de DBO e DQO pelas lagoas de estabilização e estimar o impacto gerado no lançamento dos efluentes em um corpo receptor.


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