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



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2.3. O Volume de Percolado Gerado


Conforme Ehrig (1992) e Lechner (1994), o volume de lixiviados produzido em aterros sanitários, controlados ou lixões depende dos seguintes fatores:

  • Precipitação na área do aterro: será a lâmina de água, precipitada nesta área, que determinará os volumes de lixiviados potenciais de contaminação;

  • Escoamento superficial: a operação ideal consistiria na condução através de drenagens para pontos mais baixos e para fora da área de resíduos;

  • Infiltração subterrânea: no caso de aterros sanitários tecnicamente bem concebidos, não deverá existir infiltração subterrânea;

  • Umidade natural da massa de resíduos: quanto maior a umidade, maior será o grau de geração de lixiviados;

  • Grau de compactação dos resíduos: resíduos que sofrem compactação periódica por trator de esteira em um aterro controlado por exemplo, liberam maior quantidade de percolado do que aqueles dispostos soltos nos aterros ou lixões;

  • Capacidade de retenção de umidade no solo: o solo que apresenta grande capacidade de reter umidade propicia a saturação da zona permeável com maior rapidez, por conseqüência, o escoamento na superfície do mesmo será em maior intensidade e infiltração nula, já que foi atingida a capacidade de campo.

Segundo Fiúza (2000), a qualidade da operação de um aterro interfere na quantidade de chorume produzido. O cuidado operacional com o recobrimento adequado pode, decididamente, diminuir a quantidade de chorume a ser gerado, mesmo nas condições de chuvas intensas.

A Figura 2 aborda alguns dos principais fatores que influenciam no balanço hídrico de um aterro sanitário.


Fonte: Lechner (1994).



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

Para Lins & Jucá (2003), o fluxo de percolado é importante para a avaliação do sistema de coleta e tratamento de efluentes nos aterros.

A Figura 3 apresenta um esquema generalizado da formação do líquido percolado e a Equação 1 mostra a fórmula algébrica geral de como seria o balanço hidrológico em uma célula de aterro (Farquhar, 1981).


PER = Percolação no sistema coletor;

P = Precipitação;

RO = Runoff;

ET = Evapotranspiração;

G = Umidade natural do solo;

S = Umidade dos resíduos.



Fonte: adaptado de Farquhar (1988).

FIGURA 3 - Esquema generalizado da formação do líquido percolado.

(1)
De forma semelhante Yuen et alii (1997), propõe a formulação para o balanço hídrico, onde a umidade natural do solo e a umidade dos resíduos é agregada no termo ∆S da Equação 2.
(2)
Alguns modelos matemáticos tais como o “Hydrologic Evaluation Landfill Performance” - HELP, o FULLFILL, o SOILINER (todos estes baseados no Método do Balanço Hídrico – WBM - da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos), foram desenvolvidos para a estimativa da geração de percolado, além de outros que proporcionam soluções numéricas unidimensionais, utilizando como ferramenta o método de diferenças finitas (Ledesma et alii, 2000).

Yuen (1999) evidencia os vários modelos de balanço hídrico que estão registrados na literatura. Alguns exemplos são o WBM (Fenn et alii, 1975), HSSWDS (Perrier and Gibson, 1981), LSM (Meeks et alii, 1989), e o modelo mais utilizado o “HELP” (Schroeder et alii, 1994; Peyton and Schroeder, 1988).

Jang et alii (2001), utilizaram o HELP para simular o fluxo de lixiviados no aterro sanitário de Kimpo, na Koréia do Sul. Os autores verificaram que, para séries históricas mensais e anuais longas, e com os aterros não mais em operação, o modelo matemático possui boa precisão, apresentando um erro de 0,4%. O resultado mostrou que os esforços se fazem válidos quando há disponibilidade de dados e condições favoráveis para o emprego do modelo como um aterro tecnicamente bem concebido.

Em trabalhos de diversos autores como Correia Sobrinho & Azevedo (1999), Capelo Neto (1999), Castro (2001), Medeiros et alii (2002) apud Jucá (2003), vários estudos procuram fazer uma estimativa da geração do percolado. Métodos empíricos foram utilizados para estimar o volume de percolado em aterros sanitários. Os Métodos Suíço, Racional e do Balanço Hídrico destacaram-se em trabalhos de Lins e Jucá em (2003) no aterro da Muribeca - PE. Para avaliação dos erros de cada método empírico utilizado, os autores adotaram uma relação entre a vazão medida no local (Aterro da Muribeca) e a vazão estimada pelos métodos, como ilustrado na Figura 4.

Fonte: Lins (2003).



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

No Quadro 1 são apresentados os diferentes erros obtidos por diversos autores em pesquisas de vazão estimada por emprego de Métodos empíricos:



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

Autor / Método

Balanço Hídrico

Racional

Suíço

Capelo Neto et alii (1999)

80 vezes superior à vazão real

-

84 vezes superior à vazão real

Castro (2001)

44% abaixo da vazão real

40% acima da vazão real

58% acima da vazão real

Jucá (2003)

57,8%

46,5%

39%

Lins (2003)

25,91% abaixo da vazão real

34,42% abaixo da vazão real

64,14% abaixo da vazão real


Hamada (1997); Leite et alii (1982) e Bengtsson et alii (1993), estudaram a produção de percolado e propuseram modelos para prevê-lo, ainda assim, tal previsão continua uma tarefa difícil e imprecisa devido ao grande número de variáveis envolvidas e a diferença entre os locais de elaboração dos modelos e os de aplicação (Capelo Neto et alii, 1999).

A seguir, apresentam-se as formulações dos principais métodos empíricos utilizados na estimativa da geração de percolados em aterros sanitários, anteriormente referenciados.

2.3.1. Método do Balanço Hídrico


É um método, segundo Capelo Neto et alii (1999), baseado no balanço hídrico de aterros sanitários, desenvolvido por Fenn et alii (1975), podendo ser empregado quando se dispõe de dados necessários e quando o tamanho do aterro justificar o esforço de cálculo. O Quadro 2 apresenta as condições básicas para a utilização do Método do balanço hídrico.

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

Fonte: Adaptado de Fenn et alii (1975) apud Neto et alii (1999).


Conforme Lins & Jucá (2003), este é um Método que permite estimar o percolado baseado em um fluxo unidimensional, na conservação de massa, e nas características de transmissão e retenção da cobertura do solo. A precipitação e a evaporação podem ser obtidas a partir de boletins meteorológicos. Enquanto que o escoamento superficial, a infiltração e o armazenamento são obtidos empiricamente, com o auxílio de tabelas.

De acordo com os autores acima, a obtenção da estimativa de vazão de percolado e os parâmetros meteorológicos e outros dados utilizados neste Método podem ser verificados no Quadro 3, Tabela 7 e Tabela 8:



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

Fonte: Adaptado de Fenn et alii (1975) apud Capelo Neto et alii (1999).


Observações:

  1. Um valor negativo deste item indica perda potencial de água no solo e um valor positivo indica uma recarga de água no solo de cobertura. Quando a capacidade de campo do solo é atingida, esta água passará a percolar através da massa de lixo.

  2. São adicionados os valores negativos de (I-EP) a partir do ultimo mês que apresente valor positivo deste parâmetro.

  3. Quantidade de água que pode ser retida no solo e que influencia no fluxo de percolado. Depende basicamente do tipo, estrutura, capacidade de campo e profundidade do solo.

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



Fonte: Fenn et alii (1975) apud Capelo Neto et alii (1999).

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



Fonte: Fenn et alii (1975) apud Capelo Neto et alii (1999).
Quando há ocorrência de meses com déficit hídrico, no Quadro 9 do Anexo - A é fornecido a quantidade da perda de água armazenada em função da perda potencial de água acumulada para uma camada, considerando solo siltoso.

Supondo que não haja infiltração representativa de percolado pelas paredes laterais nem pelo fundo das trincheiras, pode-se expressar a relação do balanço hídrico (água que entra é igual à água que sai, adicionada a água retida), matematicamente desta forma, conforme a Equação 3 de Blight et alii (1997) apud Capelo Neto et alii (1999):
(3)
em que:

P = Precipitação;

Uw = Água vinda com o lixo (contribui apenas uma vez no balanço hídrico);



E = Evaporação;

G = Vapor de água que sai com os gases;

L = Água que sai como percolado;

R = Escoamento superficial (runoff);

Uw = Água absorvida ou retida pelo lixo;

Us = Água absorvida ou retida pela camada de cobertura.
Conforme Capelo Neto et alii (1999), em um balanço hídrico anual, o termo ∆Uw continuará a ser positivo e L será zero até que a capacidade de campo seja atingida. Neste momento, o resíduo não absorverá mais água e o termo ∆Uw desaparecerá, aparecendo L em seu lugar.

Com o mesmo intuito, cita-se o trabalho realizado por Parsons (1995), apud Gariglio (2003) que propõe uma equação para o balanço hídrico assumindo desprezíveis a quantidade de água gerada nos processos de digestão da matéria orgânica e a quantidade perdida na forma de vapor juntamente com os gases. As premissas deste modelo são referenciadas a seguir.

O balanço hídrico pode ser positivo ou negativo, ou seja, pode gerar ou não efluentes líquidos em quantidade significativa, em um dado tempo. Assim, os aterros podem ser subdivididos em: Aterros com balanço hídrico positivo (Aterros Saturados) e Aterros com balanço hídrico negativo (Aterros Não Saturados). Pode-se fazer uma aproximação em relação a algumas características que deverá possuir um aterro e sua área de implantação:



  • Precipitação x Evapotranspiração: Se a precipitação for maior que o grau de evaporação na região do aterro, pode-se considerar que o mesmo será saturado. Caso contrário, com a evaporação superando os índices de precipitação na região do aterro, este não produzirá líquidos lixiviados em quantidades preocupantes, sendo classificado como não saturado.

  • Escoamento superficial: Caso o aterro analisado possua um bom sistema de drenagem superficial e uma boa compactação do solo de cobertura das camadas intermediárias, pode-se considerar que até 12% do volume precipitado sobre o aterro será escoado superficialmente e não contribuirá para a formação de líquidos lixiviados.

  • Capacidade de Campo: Considerando um bom grau de compactação dos resíduos e das camadas intermediárias, a capacidade de campo pode ser maior e conseqüentemente, o aterro irá reter mais água, produzindo menos líquido lixiviado.

Adotando a equação proposta por Parsons (1995), apud Gariglio (2003), considera-se para avaliar as condições climáticas em que ocorrerá pouca ou nenhuma geração de líquido lixiviado, a seguinte equação:
(4)
em que:

P = Média de precipitação anual em milímetros de chuva;

R = Quantidade de água de chuva que escoa superficialmente;

E = Grau de evaporação em relação ao total precipitado;

∆S = Capacidade de campo final do aterro.

wm = Umidade dos resíduos a serem aterrados;


2.3.2. O Método Racional


Segundo Wilken (1978) apud Castro (2001) e citado por Lins (2003), o cálculo da vazão superficial por este Método baseia-se em três parâmetros: área da bacia de contribuição; intensidade e duração das chuvas, e o coeficiente de escoamento, conforme a equação abaixo:
(5)
em que:

Q = vazão superficial máxima (L/s ou m3/s);

C = coeficiente de escoamento ou “runoff”, relação entre o pico de vazão e a chuva média sobre a área receptora;

i = intensidade média da chuva (L ou m3 por ha.s);

A = área da bacia receptora da chuva (ha).
Para se obter a parcela da precipitação que infiltra, deve-se subtrair o volume total precipitado sobre a área do aterro, do volume escoado, que é calculado pelo Método racional dentro do mesmo intervalo de tempo. Devendo, deste resultado, subtrair a parcela de água evapotranspirada. Tem-se, portanto, a expressão algébrica mostrada a seguir:
(6)
em que:

Q = Vazão do percolado em litros por segundo;

P = Precipitação média mensal, em milímetros;

EP = Evaporação Potencial, em milímetros;

A = Área de contribuição em metros quadrados;

t = Número de segundos em 1 mês (2592000 s);

ES = (P . C) = Escoamento superficial, em milímetros;

C = Coeficiente de escoamento superficial ("run-off", adimensional) que foi de 0,3, no estudo de Lins & Jucá (2003).

2.3.3. O Método Suíço


Este Método tem uma formulação simplificada, não sendo considerada a evapotranspiração potencial, como descrito por Lins & Jucá (2003).

Capelo Neto et alii (1999) ressaltam que a aplicação do Método Suíço é simples, contudo deixa a desejar na precisão.



Conforme Orth (1981) apud Neto et alii (1999), a expressão para a aplicação do Método Suíço, no qual se estima a vazão de percolado é mostrada a seguir. Os valores de K para aplicação do Método são apresentados na Tabela 9.
(7)
em que:

Q = Vazão média do percolado em litros por segundo;

P = Precipitação média mensal (mm);

A = Área total do aterro (m2);

t = Número de segundos em 1 mês que é de 2592000 segundos;

K = Coeficiente que depende do grau de compactação dos resíduos sólidos urbanos. Foi considerado para o estudo de Lins & Jucá (2003) K = 0,5.



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

Fonte: Orth (1981) apud Capelo Neto et alii (1999).



3. Área em Estudo: aterro controlado da caturrita

O Aterro Controlado da Caturrita insere-se no contexto da sub-bacia hidrográfica do Arroio Ferreira, fazendo parte do município de Santa Maria – RS, como apresentado na Figura 5.

A sub-bacia hidrográfica do Arroio Ferreira, mostrada mais detalhadamente na Figura 6, apresenta uma área de drenagem de 5.207,72 ha, que se intercalam entre as zonas industriais, urbanas e rurais. O Arroio Ferreira, principal rio da sub-bacia, possui uma extensão de 18.735 m e é afluente do Arroio Picadinho, cujas águas deságuam no Arroio Arenal, conseqüentemente no Rio Vacacaí, que por sua vez deságua no Rio Jacuí, desembocando no Rio Guaíba, fazendo parte da Bacia do Sudeste.

A área onde está instalado o aterro encontra-se posicionada entre as coordenadas 29º39’43” de latitude Sul e 53º52’30” de longitude Oeste do meridiano de Greenwich, com cotas altiméricas entre 76 e 98m (Topographia & Planejamento Rural S/C Ltda, 1999). Esta área está situada no Bairro Caturrita, aproximadamente 7 Km do centro da cidade de Santa Maria. O Aterro Controlado da Caturrita possui uma área total de 374.435,72 m2 e sua área de contribuição para o balanço hídrico é de 37.429 m2 (Figura 7).

Conforme dados da Secretaria Municipal de Gestão Ambiental de Santa Maria, a atual área de disposição de resíduos sólidos é utilizada há cerca de 20 anos. Inicialmente, a Prefeitura Municipal operava o sistema de coleta e disposição dos resíduos com ausência de técnicas de engenharia para seu tratamento. Nos últimos anos o serviço foi terceirizado, culminado em melhores técnicas de tratamento e disposição final, entretanto ainda insuficientes para transformar o local em um Aterro Sanitário. Atualmente, o aterro recebe aproximadamente 150 ton/dia de resíduos sólidos urbanos.

Dentro da área do aterro estão dispostas as lagoas de tratamento de percolado, onde parte da concentração de afluentes provenientes do aterro, são removidos por este sistema de estabilização.

As características das lagoas são mostradas no Quadro 4.

QUADRO 4 – Características das Lagoas de Estabilização.


Lagoas

Largura

(m)

Comprimento

(m)

Área

(m2)

Volume

(m3)

Detenção Hidráulica (dias)1

Lagoa 01 – Afluente

16

38

608

1064

5

Lagoas 02 - Intermediária

28,5

62

1767

3092

50

Lagoas 03 - Efluente

17

38,4

653

1142

5

Considerando que ocorrem perdas de 10% no volume das lagoas em função da declividade dos taludes, o volume útil das três lagoas ficaria em 4769 m3.

A profundidade nas lagoas é de 1,75 m, inclusive da lagoa de polimento que não esta apresentada no Quadro 4, sendo que esta lagoa é responsável unicamente pela devolução dos líquidos ao meio ambiente, no caso, encaminhando os efluentes do sistema de lagoas ao Arroio Ferreira.

As lagoas 01, 02 e 03 apresentam impermeabilização com geomembrana de PEAD, enquanto que a constituição da lagoa de polimento é de argila.

A seleção da área em estudo para o balanço hídrico obedeceu a critérios que correspondessem ao emprego da melhor técnica para que se obtivesse os resultados mais precisos. O local escolhido possuía drenagens sub-superficiais e perimetrais ao aterro, sendo estas responsáveis pela condução do percolado até as lagoas de tratamento. Desta maneira, as lagoas conduziriam percolado tratado até o Arroio Ferreira, passando pela calha Parshall, onde se faria a medida da vazão real.


ESCALA: 1/350.000

ESCALA: 1/1.800.000

Fonte: Dutra (2001)



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

Fonte: Carta Topográfica do Exército – Folha SH 22-V-C-IV-1 apud Dutra (2001).



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

Fonte: Topographia & Planejamento Rural S/C Ltda (1999).



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

Nos aspectos climáticos, trata-se de uma região subtropical de chuvas durante quase todo o ano. Este clima possui uma taxa de precipitação pluviométrica anual excedendo a evapotranspiração para séries longas de dados.



A temperatura média anual é de 18,8ºC, variando no intervalo de 12,9ºC a 24,6ºC, para médias mensais e absolutas superiores a 30ºC no verão e inferiores a 5ºC no inverno (Barros Sartori, 1979 apud Robaina et alii, 2002).

Quanto à vegetação, em estudos encomendados pela Prefeitura Municipal de Santa Maria (Áreas para Instalação de Aterro Sanitário, 2001), na localidade apresentam-se: grama forquilha (Paspalum notattum), carqueja (Baccharis trimera), e alecrim do campo (Vernonia nudiflora), ocorre também as touceras do Cynodon dactylon.

Robaina et alii (2001) pesquisaram áreas para instalação de aterros sanitários, trazendo algumas referências quanto ao uso e ocupação do solo na bacia do Arroio Ferreira, sendo estes baseados na pecuária extensiva, com criação de gado bovino ocupando os campos nativos da região. Em algumas propriedades existem lavouras de pastagens, com o cultivo de azevém, utilizadas para a criação do gado bovino, variedades de cana de açúcar, milho, feijão, entre outros cultivares. Todas estas lavouras têm finalidade de subsistência familiar, assim como a própria pecuária.

Para a constituição do solo, em trabalhos “in loco” a empresa responsável pela operação da área realizou, em 2003, sondagem com profundidade de 8,21m obtendo silte argiloso com pouca areia fina para as amostras. Pinheiro et alii (2002) e Robaina et alii (2001) confirmaram em seus trabalhos as características apresentadas de geomorfologia e pedologia do solo da região do aterro, constituindo em formação Santa Maria de siltitos argilosos. A argila montmorilonita é a mais corriqueira, possuindo a área alta densidade de drenagem em decorrência dos valores muitos baixos de condutibilidade hidráulica. As características supracitadas mostram a possibilidade de condição inadequada para instalação de empreendimentos vultuosos neste tipo de solo, tornando a questão apegada não apenas a rede de drenagem, mas também a constituição do solo.

O Quadro 5 apresenta uma síntese das informações apresentadas anteriormente.

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


Área da Sub-Bacia Hidrográfica Arroio Ferreira

5.207,72 Ha

Extensão do Rio Principal da Sub-Bacia

18.735,78 m

Coordenadas do Aterro Controlado

Latitude: 29º39’43” – Longitude: 53º52’30”

Área total do Aterro Controlado

374.435,72 m2

Área utilizada no Balanço Hídrico

37.429 m2 = ~10% da área total

Quantidade de Resíduos disponibilizada

150 ton/dia

Período de atividade

20 anos

Distância do Centro do Município

7 Km

Cota Altimétrica

Entre 76 e 98m

Constituição predominante do solo

Silte Argiloso

4. materiais e métodos

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