universidade estadual paulista “julio de mesquita … · a toda minha família pelo incentivo e...

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA ldquoJULIO DE MESQUITA FILHOrdquo

INSTITUTO DE GEOCIEcircNCIAS E CIEcircNCIAS EXATAS

Trabalho de Formatura

Curso de Graduaccedilatildeo em Engenharia Ambiental

VARIACcedilAtildeO DA RESISTIVIDADE ELEacuteTRICA E RELACcedilOtildeES COM A PRODUCcedilAtildeO DE BIOGAacuteS EM ATERRO SANITAacuteRIO

Ana Carolina Teixeira Gonsalez

Prof Dr Ceacutesar Augusto Moreira

Rio Claro (SP)

2016

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas

Cacircmpus de Rio Claro



Trabalho de Formatura apresentado ao Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas - Cacircmpus de Rio Claro da Universidade Estadual Paulista Juacutelio de Mesquita Filho para obtenccedilatildeo do grau de Engenheiro Ambiental

Rio Claro - SP 2016

Gonsalez Ana Carolina Teixeira Variaccedilatildeo da resistividade eleacutetrica e relaccedilatildeo com aproduccedilatildeo de biogaacutes em aterro sanitaacuterio Ana CarolinaTeixeira Gonsalez - Rio Claro 2016 40 f il figs graacutefs tabs fots mapas

Trabalho de conclusatildeo de curso (Engenharia ambiental) -Universidade Estadual Paulista Instituto de Geociecircncias eCiecircncias Exatas Orientador Ceacutesar Augusto Moreira

1 Geofiacutesica 2 Metano 3 Eletrorresistividade I Tiacutetulo

551G635v

Ficha Catalograacutefica elaborada pela STATI - Biblioteca da UNESPCampus de Rio ClaroSP

ANA CAROLINA TEIXEIRA GONSALEZ



Comissatildeo Examinadora

Prof Dr Ceacutesar Augusto Moreira (orientador)

Prof Dr Antonio Celso de Oliveira Braga

Ma Liacutevia Portes Innocenti Helene

Rio Claro 28 de Junho de 2016

Assinatura do(a) aluno(a) assinatura do(a) orientador(a)

AGRADECIMENTOS

Dedico esse trabalho aos meu queridos e amados pais Ana Maria Teixeira Gonsalez

e Claudio Roberto Gonsalez que primeiramente me possibilitaram a vida e desde entatildeo

me deram muito amor e me ensinaram valores essenciais para a minha formaccedilatildeo pessoal

Esses aprendizados tatildeo importantes influenciaram diretamente na decisatildeo da escolha do

meu curso de graduaccedilatildeo que tanto me agregou Obrigada por sempre apoiarem minhas

decisotildees por estimularem meu crescimento e acreditarem em mim Satildeo pessoas incriacuteveis

e tenho muito orgulho de tecirc-los como pais Minha caminhada tem muito de vocecircs

Aos meus queridos irmatildeos Beatriz Teixeira Gonsalez e Guilheme Teixeira

Gonsalez que satildeo meus eternos companheiros amigos e cumplices com quem partilho os

mais puros sentimentos Gratidatildeo pela convivecircncia e parceria em todos os momentos

A toda minha famiacutelia pelo incentivo e confianccedila em especial aos meus avoacutes Vilma

Cipelli Teixeira Edson Teixeira Luzia Ivone Signorelli Gonsalez e Oscar Gonsalez por

serem os grandes guardiotildees da famiacutelia e meus grandes exemplos Aos meus tios tias e

primos que estatildeo sempre presentes e atentos agraves minhas conquistas dificuldades e alegrias

Agradeccedilo de coraccedilatildeo aberto a todos os amigos que fizeram parte dos meus

momentos dentro e fora da universidade principalmente agrave turma de Engenharia

Ambiental 2010 pois partilharam comigo muitas alegrias aprendizados ansiedades

festas debates e boas discussotildees Conhecer vocecircs foi um grande presente e sinto enorme

carinho por cada um Agradeccedilo especialmente minhas grandes amigas Michele Sarubbi

Mariacutelia Cucolicchio Thais Munhoz Stella Sanches Debora Negri Fernanda Esteves e

Tatiana Sakagami pelos intensos momentos de troca

A todos os professores que se dedicaram para a minha formaccedilatildeo acadecircmica em

engenharia ambiental por esses anos de graduaccedilatildeo

Agraves minhas amigas de repuacuteblica que aleacutem da amizade satildeo tambeacutem a famiacutelia que

formei em Rio Claro e estiveram presentes em todos os meus momentos Aprendi muito

na nossa casa e sou eternamente grata por essa vivecircncia Agrave Brisa e ao Sheevo que

preenchem a casa de alegria e satildeo amigos muito fieacuteis

Sou muito grata aos espaccedilos que pude participar dentro da Unesp e que me

trouxeram conhecimentos para aleacutem da sala de aula como o Centro Acadecircmico da

Engenharia Ambiental (CAEA) o time de voleibol feminino os grupos de extensatildeo

Semente Viva Oro Ari e Gira-Sol Foram espaccedilos muito educadores que me

possibilitaram muitos aprendizados pessoais e muitas trocas Satildeo grupos que pude sonhar

e viver os ideais que acredito com pessoas corajosas motivadas e alegres Vocecircs satildeo

incriacuteveis

Agradeccedilo profundamente ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientiacutefico e

Tecnoloacutegico -CNPq- pela concessatildeo da bolsa de estudos de graduaccedilatildeo sanduiacuteche do

programa Ciecircncia sem Fronteiras O intercacircmbio acadecircmico foi o melhor momento que

vivi ateacute hoje e possibilitou um crescimento pessoal muito grande Dessa forma quero

agradecer a University of Queensland por ter me acolhido e proporcionado tantos

momentos de aprendizado A todas as pessoas que conheci e que me mostraram a riqueza

da diversidade das relaccedilotildees humanas Toda essa experiecircncia natildeo teria sido tatildeo especial se

natildeo fosse tambeacutem pelas amizades verdadeiras que fiz e tive o prazer de dividir casa Luiza

Pegrucci Marcela Nicolato Genelhu e Solo Remonatto Rizzi Vocecircs satildeo irmatildeos que a

Austraacutelia me presenteou e natildeo existem palavras para descrever os momentos maacutegicos que

vivemos Vocecircs satildeo maravilhosos Taringarsquos Family Sinto profunda gratidatildeo por ter

conhecido vocecircs e de terem feito parte de um dos meus maiores sonhos

Por fim agradeccedilo a todos os envolvidos diretamente nesse trabalho em especial ao

meu orientador Prof Dr Ceacutesar Augusto Moreira que me ajudou na realizaccedilatildeo desse

estudo e sempre esteve muito presente em todas as etapas do mesmo Obrigada pela

disposiccedilatildeo dedicaccedilatildeo e atenccedilatildeo A todos que auxiliaram na coleta de dados de vazatildeo nos

drenos do aterro e aos funcionaacuterios do local

Toda essa vivecircncia foi muito importante para construir meu caminho ateacute o final do

curso com a certeza de que aproveitei as melhores oportunidades Gratidatildeo Unesp-Rio

Claro por somar esses episoacutedios dessa minha trajetoacuteria

RESUMO

Os aterros sanitaacuterios possuem um grande potencial energeacutetico no entanto o

aproveitamento brasileiro dessa fonte de energia ainda eacute inexpressivo Uma quantidade

expressiva de mateacuteria orgacircnica eacute disposta nos aterros sanitaacuterios regularmente a qual serve

de mateacuteria prima para a produccedilatildeo de biogaacutes A degradaccedilatildeo anaeroacutebia da mateacuteria orgacircnica

libera o biogaacutes constituiacutedo basicamente por gaacutes metano (CH4) gaacutes carbocircnico (CO2) e

vapor drsquoagua (H2O) Um dos principais fatores responsaacuteveis pela dificuldade de ordem

teacutecnica ao planejamento de coleta deste recurso eacute a manutenccedilatildeo da taxa produtiva de CH4

nos aterros sanitaacuterios Estudos geofiacutesicos satildeo ferramentas auxiliares que ajudam na

investigaccedilatildeo dos materiais em subsuperfiacutecie A geofiacutesica aplicada consiste num conjunto

de meacutetodos e teacutecnicas com amplo uso em estudos ambientais A eletrorresistividade eacute um

dos meacutetodos geofiacutesicos mais utilizados dentro dos estudos ambientais e tem por finalidade

facilitar a identificaccedilatildeo e caracterizaccedilatildeo dos materiais presentes no solo (gaacutes oacuteleo rocha

etc) O presente trabalho avalia eventuais relaccedilotildees entre vazatildeo de biogaacutes quantificada em

drenos na superfiacutecie de uma ceacutelula de resiacuteduos em aterro sanitaacuterio com padrotildees

caracteriacutesticos de resistividade eleacutetrica em profundidade O dreno de maior vazatildeo (117m3h)

em profundidade foi caracterizado por valores de resistividade eleacutetrica entre 8000m e

100000m em contraste com valores abaixo de 2000m que caraterizaram em subsuperfiacutecie

o dreno de menor vazatildeo (37m3h) aleacutem de vazotildees e resistividade eleacutetrica intermediaacuterias

atribuiacutedos ao predomiacutenio de aacutereas com acuacutemulo ou geraccedilatildeo de biogaacutes no domiacutenio de captaccedilatildeo

dos drenos

Palavras-Chave biogaacutes metano geofiacutesica eletrorresistividade

ABSTRACT

Landfills have high energy potential however the use of this energy source still

inexpressive in Brazil An expressive amount of organic matter is regularly disposed in

landfills which serves as raw material for biogas production The anaerobic degradation

of organic matter releases the biogas which is basically composed by methane gas (CH4)

carbon dioxide gaacutes (CO2) and water (H2O) One of the main factors responsible for

technical difficulties on planning the capture of this resource is the CH4 rate maintenance

in landfills The applied geophysics is a set of methods and techniques widely used in

environmental studies The electrical resistivity is one of the most used geophysics

methods and aims to facilitate the identification and characterization of materials on the

soil ( gas oil rock etc)This study aims to evaluate eventual relationships between

biogas flows quantified in drains localized on the surface of a cell waste landfill with

characteristics patterns of the electrical resistivity in depth The drain of higher flow

(117m3h) in depth was characterized for electrical resistivity values between 8000m

and 100000m in contrast with values under 2000m which caracterize in subsurface

the drain with less flow (37m3h) As well as intermediate values of biogas flow and

electrical resistivity attributed to the predominance of areas with accumulation or

generation of biogas in the drains catchment area

Keywords biogas methane geophysics electrical resistivity

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Localizaccedilatildeo do municiacutepio de RioClaro13

Figura 2 Aterro sanitaacuterio municipal de Rio Claro14

Figura 3 Rotina de operaccedilatildeo do aterro16

Figura 4 Fases da degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica presente nos resiacuteduos soacutelidos de

aterro sanitaacuterio18

Figura 5 Desenho esquemaacutetico de um aterro sanitaacuterio e seus componentes22

Figura 6 Propagaccedilatildeo de campo eleacutetrico em meio tridimensional por meio de um

dispositivo de quatro eletrodos24

Figura 7 Instrumento para anaacutelise da concentraccedilatildeo do biogaacutes25

Figura 8 Esquema dos arranjos (a) Wenner e (b) Schlumberger25

Figura 9 Esquema do arranjo Wenner-Schlumberger28

Figura 10 Procedimento de fechamento do dreno de gaacutes para mediccedilatildeo29

Figura 11 Termo-anemocircmetro29

Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes29

Figura 13 Localizaccedilatildeo da aacuterea de estudos com posiccedilatildeo das linhas de aquisiccedilatildeo de

dados e drenos de medida da vazatildeo de biogaacutes30

Figura 14 Cabos usados para o encaminhamento eleacutetrico e aparelho usado para

mediccedilotildees de resistividade eleacutetrica31

Figura 15 Modelos de inversatildeo em termos de resistividade posiccedilatildeo dos drenos de

biogaacutes na superfiacutecie e delimitaccedilatildeo de aacutereas de influencia em profundidade34

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Caracteriacutesticas do aterro municipal de Rio Claro- SP14

Tabela 2 Vazatildeo de biogaacutes nos drenos32

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO E JUSTIFICATIVA10

2 OBJETIVOS12

3 CARACTERIZACcedilAtildeO DA AacuteREA DE ESTUDO13

4 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA17

41 Produccedilatildeo de biogaacutes em aterros sanitaacuterios17

42 Aproveitamento energeacutetico do biogaacutes no Brasil21

43 Meacutetodo geofiacutesico da eletrorresistividade23

44 Estudos ambientais com a aplicaccedilatildeo do meacutetodo da eletrorresistividade26

5 AQUISICcedilAtildeO E PROCESSAMENTO28

6 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES32

7 CONCLUSOtildeES35

8 CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS36

9 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS37

10

1 INTRODUCcedilAtildeO E JUSTIFICATIVA

A atual crise energeacutetica enfrentada pelo Brasil e por outros paiacuteses alinhados ao crescente

interesse na geraccedilatildeo de energia limpa e sustentaacutevel por meio de recursos renovaacuteveis coloca em

evidecircncia tecnologias energeacuteticas que geram menores impactos ambientais e que possuam

reduccedilatildeo das emissotildees antroacutepicas de carbono colaborando para a reduccedilatildeo do aquecimento global

(IPCC 1996)

Dentro dessa nova percepccedilatildeo os aterros sanitaacuterios aparecem como importantes objetos

de estudo considerando seu potencial de geraccedilatildeo de subcompostos energeacuteticos A degradaccedilatildeo

da mateacuteria orgacircnica em aterros gera efluentes como o chorume e o biogaacutes sendo esse uacuteltimo

passiacutevel de ser usado como mateacuteria prima para geraccedilatildeo de energia (CETESBSMA 2006)

O biogaacutes eacute uma mistura gasosa majoritariamente composta por metano (CH4) e gaacutes

carbocircnico (CO2) proveniente da degradaccedilatildeo anaeroacutebia da mateacuteria orgacircnica dos resiacuteduos soacutelidos

Eacute um gaacutes de alto potencial de aproveitamento energeacutetico em termos nacionais considerando

que mais da metade do resiacuteduo soacutelido brasileiro eacute composto por mateacuteria orgacircnica

(CETESBSMA 2006)

Existem vaacuterias metodologias internacionais para estimar o volume de produccedilatildeo de biogaacutes

em projetos de aproveitamento energeacutetico (IPCC 1996 USEPA1996 LAQUIDARA et al

1986 TCHOBANOGLOUS et al 1993 OONK E BOOM 1995) As caracteriacutesticas

climaacuteticas do Brasil (elevada temperatura e precipitaccedilatildeo) e a alta quantidade de mateacuteria

orgacircnica e biodegradabilidade dos resiacuteduos domiciliares gerados no paiacutes faz com que a geraccedilatildeo

de biogaacutes seja mais elevada ao comparar com a geraccedilatildeo de biogaacutes dos paiacuteses de clima frio Em

termos comparativos no Brasil o processo de geraccedilatildeo de biogaacutes eacute intensificado nos primeiros

anos e num curto periacuteodo de tempo entra em estagnaccedilatildeo (CASTRO E BELLO 2010) Dessa

forma os modelos matemaacuteticos internacionais disponiacuteveis satildeo insatisfatoacuterios para as anaacutelises

brasileiras pois natildeo propotildeem paracircmetros indicadores de estaacutegios de degradaccedilatildeo de mateacuteria

orgacircnica e de atividade bioloacutegica

A geofiacutesica reuacutene meacutetodos de investigaccedilatildeo indireta capazes de identificar as aacutereas de

acuacutemulo de gaacutes em subsuperficie O paracircmetro fiacutesico da resistividade eleacutetrica eacute bastante usado

em perfilagem de poccedilo principalmente para detalhamento em campos petroliacuteferos pois eacute capaz

de estimar paracircmetros litoloacutegicos como porosidade permeabilidade tipos de rocha presenccedila

de oacuteleo ou gaacutes de acordo com o alto valor de resistividade eleacutetrica obtido em campo (ASQUITH

amp GIBSON 1982 ELLIS amp SINGER 2008)

11

O meacutetodo da Eletrorresistividade eacute eficiente para estudos de diagnoacutesticos ambientais A

assinatura geoeleacutetrica caracteriacutestica de contaminantes liacutequidos enriquecidos em sais

provenientes da decomposiccedilatildeo de resiacuteduos orgacircnicos indicam baixos valores de resistividade

eleacutetrica Assim de acordo com os valores obtidos de resistividade eleacutetrica eacute possiacutevel

caracterizar o material no subsolo

Muitos trabalhos de aplicaccedilatildeo do meacutetodo de eletrorresistividade eleacutetrica em aterros visam

a delimitaccedilatildeo da pluma de contaminaccedilatildeo por vazamento de chorume no solo e na aacutegua

subterracircnea (BORTOLIN 2009 MONDELLI 2008)

Alguns trabalhos jaacute desenvolvidos em aterros sanitaacuterios puderam correlacionar

paracircmetros geoquiacutemicos valores de resistividade eleacutetrica e idade de fechamento das valas

permitindo estimar as fases predominantes de degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica (GEORGAKI et

al 2008 MOREIRA et al 2009) que recomendam a eletrorresistividade como uma

ferramenta indicada em estudos de emissatildeo de biogaacutes em aterros sanitaacuterios com vantagens

significativas em termos de custo e aacuterea de cobertura

Apesar de estudos descreverem o emprego de meacutetodos geofiacutesicos no diagnoacutestico

ambiental de aterros poucos satildeo os trabalhos que visam determinar relaccedilotildees entre resistividade

eleacutetrica e biogaacutes em aterros (GEORGAKI et al 2008 MOREIRA et al 2011)

Portanto esse projeto visa uma anaacutelise do potencial de aplicaccedilatildeo do meacutetodo geofiacutesico da

eletrorresistividade como ferramenta para caracterizaccedilatildeo de aacutereas com acuacutemulo de biogaacutes por

meio de medidas de resistividade eleacutetrica em arranjo tomograacutefico 2D para cruzamento com

medidas diretas de vazatildeo de biogaacutes em uma ceacutelula de resiacuteduos desativada no aterro sanitaacuterio

do municiacutepio de Rio Claro (SP)

12

2 OBJETIVOS

O presente projeto tem por objetivos

Realizar medidas de vazatildeo de biogaacutes em drenos no aterro sanitaacuterio de Rio Claro (SP)

Realizar medidas de resistividade eleacutetrica em arranjo tomograacutefico 2D por meio do

meacutetodo geofiacutesico da Eletrorresistividade em aacutereas de influecircncia dos drenos

Elaborar o cruzamento graacutefico entre vazatildeo de biogaacutes com valores de resistividade

eleacutetrica

Analisar eventuais correlaccedilotildees entre os paracircmetros de resistividade e vazatildeo de biogaacutes e

verificar a eficaacutecia da geofiacutesica no reconhecimento de zonas de acumulaccedilatildeo de biogaacutes em

aterros

13

3 CARACTERIZACcedilAtildeO DA AacuteREA DE ESTUDO

O municiacutepio de Rio Claro estaacute localizado no interior do estado de Satildeo Paulo dista cerca

de 180 km a noroeste da capital com posiccedilatildeo geograacutefica 47deg 33prime 39Prime W e 22deg 24prime 39Prime S possui

uma aacuterea de 499 km2 e populaccedilatildeo estimada igual a 199961 (IBGE 2015) A Figura 1 mostra a

localizaccedilatildeo do municiacutepio de Rio Claro O municiacutepio de Rio Claro estaacute inserido na aacuterea de

abrangecircncia da Unidade de Gerenciamento de Recursos Hiacutedricos (UGRHI) 5 referente agraves

bacias dos rios Piracicaba Capivari e Jundiaiacute (PCJ)

Figura 1 Localizaccedilatildeo do municiacutepio de Rio Claro Fonte Google

O clima da regiatildeo de Rio Claro eacute considerado tropical com duas estaccedilotildees definidas- Cwa

na classificaccedilatildeo de Koeppen isto eacute w seca no inverno a temperatura superior a 22degC no mais

quente ou tropical alternadamente seco e uacutemido controlado por massas tropicais e equatoriais

que predominam em mais de 50 do ano (MONTEIRO 1973) A meacutedia pluviomeacutetrica do

municiacutepio eacute de 1400mmano e possui regime de chuva dividido em periacuteodo chuvoso de

outubro a marccedilo que corresponde a 80 das precipitaccedilotildees anuais e periacuteodo de seca de abril a

setembro (TROPPMAIR 1992)

O aterro municipal de resiacuteduos soacutelidos de Rio Claro de coordenadas geograacuteficas 47deg 34rsquo

73rsquorsquo W e 22deg 27rsquo 72rsquorsquoS localiza-se a 8km do centro da cidade e possui aacuterea de aproximadamente

98000msup2 (Figura 2) A principal via de acesso ao aterro eacute pela rodovia Corneacutelio Pires (SP-127)

que fica situada proacuteximo ao bairro Jardim Novo localizada no alto topograacutefico separando os

corpos drsquoaacutegua do Ribeiratildeo Claro e do Coacuterrego da Servidatildeo pertencentes a bacia do Rio

Corumbataiacute O niacutevel drsquoaacutegua da regiatildeo do aterro varia entre 5m e 14m

14

Figura 2 Aterro sanitaacuterio municipal de Rio Claro

Fonte Google Earth

O relevo da aacuterea eacute caracterizado por inclinaccedilatildeo suave no sentido nordeste A geologia

local eacute constituiacuteda por solos arenosos e areno-argilosos produzidos pela alteraccedilatildeo de arenitos e

siltitos reunidos na Formaccedilatildeo Corumbataiacute (ZAINE 1994) A hidrogeologia na regiatildeo de Rio

Claro eacute caracterizada como aquiacutefero livre com alta transmissividade (superior a 50m2dia) e

poccedilos com vazatildeo entre 17m3h e 25m3h Um segundo sistema de aquiacutefero confinado eacute

representado por litotipos do grupo Tubaratildeo com profundidades superiores a 200m e vazatildeo

entre 20m3h e 37m3h (DAEE 1981)

O aterro sanitaacuterio recebe diariamente resiacuteduos soacutelidos domiciliares classe II A (ABNT

NBR100042004) provenientes da coleta regular no municiacutepio de Rio Claro A Tabela 1

apresenta as caracteriacutesticas do aterro Em julho de 2012 o aterro foi ampliado com a construccedilatildeo

de uma nova ceacutelula que estaacute em uso para comportar o volume crescente de resiacuteduo soacutelido

destinado a essa aacuterea

Tabela 1 Caracteriacutesticas do aterro municipal de Rio Claro- SP

Fonte RAP aterro municipal Rio Claro (2000)

15

Os resiacuteduos coletados pelos caminhotildees satildeo depositados na ceacutelula receptora e em seguida

satildeo nivelados horizontalmente com o uso de trator de esteira para posterior recobrimento com

solo estocado retirado da ceacutelula escavada (Figura 3A)

Neste momento satildeo instalados drenos verticais para captaccedilatildeo e dissipaccedilatildeo do biogaacutes

proveniente da degradaccedilatildeo de mateacuteria orgacircnica As ceacutelulas do aterro satildeo individuais e possuem

dimensotildees de 200m de comprimento e 50m de largura Quando a capacidade volumeacutetrica da

ceacutelula eacute atingida uma camada de 1m de solo argiloso eacute usada para recobrimento com desniacutevel

de 2 para permitir a drenagem superficial (Figura 3B) As laterais do patamar superior

possuem diques para favorecer o escoamento laminar a fim de evitar perda de solo por erosatildeo

lateral (Figura 3C) Os drenos tem a funccedilatildeo de permitir a saiacuteda do biogaacutes gerado da degradaccedilatildeo

da mateacuteria orgacircnica Eles satildeo construiacutedos verticalmente de forma a transpassar todas as camadas

de resiacuteduos desde o sistema de impermeabilizaccedilatildeo de base ateacute acima do topo da camada de

cobertura Os drenos para escape do biogaacutes possuem duas camadas sendo a interna de accedilo e a

externa de concreto (Figura 3D) Em profundidade os drenos de biogaacutes satildeo linhas de tubos

perfurados sobrepostos e envoltos por uma camada de brita (de espessura igual ao diacircmetro do

tubo utilizado) (Figura 3E) e na superior isto eacute quando finalizado eacute envolvido por uma camada

de concreto constituindo uma chamineacute O biogaacutes drenado eacute regularmente queimado nos drenos

para evitar acidentes

Segundo o Inventaacuterio Estadual de Resiacuteduos Soacutelidos Domiciliares referentes ao ano de

2014 divulgado pela Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental- CETESB o aterro

sanitaacuterio de Rio Claro foi considerado ldquoadequadordquo com nota atribuiacuteda pelo Iacutendice de Qualidade

de Resiacuteduos (IQR) equivalente a 86

16

Figura 3 A) Disposiccedilatildeo de resiacuteduos em ceacutelula ativa B) Vista parcial de ceacutelula estudada

C) Orientaccedilatildeo de drenos D) Dreno com queima de biogaacutes

E) Dreno em construccedilatildeo envolvido na camada

de brita

17

4 REVISAtildeO BIBLIOGRAacuteFICA 41 Processos de geraccedilatildeo de biogaacutes em aterros

A rotina de um aterro sanitaacuterio consiste em receber o resiacuteduo soacutelido urbano proveniente

da coleta regular que posteriormente seraacute destinada para aterramento A mateacuteria orgacircnica

existente nos resiacuteduos coletados eacute frequentemente recoberta por camadas sucessivas de

resiacuteduos Quando a capacidade volumeacutetrica total da ceacutelula de disposiccedilatildeo eacute atingida todo esse

material recebe uma camada de solo que isola o material do contato atmosfeacuterico algo que

proporciona um ambiente favoraacutevel para o alojamento de colocircnias de microrganismos

anaeroacutebicos

A partir desse momento reaccedilotildees biogeoquiacutemicas satildeo iniciadas promovendo a

degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica Em camadas mais superficiais onde o oxigecircnio ainda pode

estar presente os compostos orgacircnicos satildeo oxidados em processos aeroacutebicos com geraccedilatildeo de

gaacutes carbocircnico (CO2) e vapor de aacutegua (H2O) Em camadas mais profundas onde haacute ausecircncia do

oxigecircnio os compostos orgacircnicos sofrem digestatildeo anaeroacutebica gerando dois subprodutos gasosos

principais o metano e o dioacutexido de carbono (MASSEY amp POHLAND 1978)

O entendimento do processo de geraccedilatildeo do biogaacutes seus fatores e limitantes possibilita

consideraccedilotildees importantes para o desenvolvimento de estudos e projetos que visam o

aproveitamento energeacutetico do mesmo Neste contexto eacute valido enfatizar que o Brasil possui na

maior parte de seu territoacuterio condiccedilotildees climaacuteticas favoraacuteveis elevada umidade e temperatura

para a produccedilatildeo de biogaacutes (LEITE 2005)

Existem cinco fases de degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica em aterros sanitaacuterios (POHLAND

amp GOULD 1986 TCHOBANOGLOUS 1993)

Fase I- Ajuste Inicial ocorre a deposiccedilatildeo dos resiacuteduos soacutelidos no aterro A

decomposiccedilatildeo bioloacutegica da mateacuteria orgacircnica eacute iniciada principalmente em condiccedilotildees

aeroacutebias devido ao aporte de oxigecircnio presente no solo usado para o recobrimento dos

resiacuteduos O solo de recobrimento eacute o principal fornecedor de microrganismos para a

decomposiccedilatildeo aeroacutebica e anaeroacutebica nessa fase

Fase II- Transiccedilatildeo a presenccedila de oxigecircnio nessa fase eacute escassa o que faz com que a

digestatildeo da mateacuteria orgacircnica comece a ocorrer de forma anaeroacutebia Os nitratos e sulfatos

passam a ser os receptores primaacuterios de eleacutetrons nas reaccedilotildees bioloacutegicas de conversatildeo no

18

lugar do oxigecircnio A queda do potencial de oacutexido reduccedilatildeo faz com que os

microrganismos convertam a mateacuteria orgacircnica complexa em aacutecidos orgacircnicos e

outros produtos intermediaacuterios

Fase III- Acidificaccedilatildeo Ocorrem reaccedilotildees de hidroacutelise e fermentaccedilatildeo dos compostos

orgacircnicos mais complexos como lipiacutedios polissacariacutedeos proteiacutenas e aacutecidos

nucleicos Os produtos dessas reaccedilotildees satildeo convertidos por acidogecircnese em

compostos intermediaacuterios de menor massa molecular como o aacutecido aceacutetico

(CH3COOH) O dioacutexido de carbono eacute produzido em taxas mais altas Nessa fase o

pH sofre uma queda devido a presenccedila de aacutecidos orgacircnicos soluacuteveis no chorume e

haacute liberaccedilatildeo e assimilaccedilatildeo de nitrogecircnio e foacutesforo aleacutem do surgimento de

hidrogecircnio

Fase IV- Metanogecircnese apenas organismos anaeroacutebios atuam nessa fase

denominados metanogecircnicos que satildeo responsaacuteveis pela conversatildeo do aacutecido aceacutetico

e do gaacutes hidrogecircnio em metano e gaacutes carbocircnico constituintes baacutesicos do biogaacutes A

taxa de produccedilatildeo dos aacutecidos eacute reduzida enquanto a formaccedilatildeo do metano sofre um

aumento consideraacutevel O pH tende a se tornar mais baacutesico na faixa de 68 a 80

Fase V- Maturaccedilatildeo Eacute a fase final em que a taxa de geraccedilatildeo do biogaacutes jaacute eacute pouco

expressiva devido ao esgotamento do material orgacircnico passiacutevel de biodegradaccedilatildeo

ocorrido durante a fase anterior (metanogecircnese)

A figura 4 mostra com mais detalhes as fases mencionadas acima

Figura 4 Fases da degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica presente nos resiacuteduos

soacutelidos de aterro sanitaacuterio

Fonte Adaptado de POHLAND amp GOULD (1986)

19

O processo de digestatildeo anaeroacutebia da mateacuteria orgacircnica por microrganismos eacute dividida em

quatro etapas hidroacutelise acidogecircnese acetogecircnese e metanogecircnese (PELCZAR 1996

THEMELIS amp ULLOA 2007)

Hidroacutelise enzimaacutetica processo de hidroacutelise dos materiais mais complexos em

compostos menores por bacteacuterias fermentativas

Acidogecircnese os produtos solubilizados da fase anterior satildeo absorvidos por bacteacuterias

acidogecircnicas fermentativas com formaccedilatildeo de substancias orgacircnicas mais simples

como aacutecidos graxos volaacuteteis tais como aacutecido aceacutetico foacutermico propiocircnico butiacuterico

e laacutetico aleacutem do etanol e compostos minerais como CO2 H2 NH3 e H2S

Acetogecircnese bacteacuterias acetogecircnicas oxidam os produtos gerados na fase

acidogecircnica em substratos apropriados para as bacteacuterias metanogecircnicas O etanol e

os aacutecidos graxos satildeo transformados em hidrogecircnio Dioacutexido de carbono e o acetato

satildeo produtos da fase acetogecircnica (Equaccedilatildeo 1)

(Acetogenese) C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 (Equaccedilatildeo 1)

Metanogecircnese As metanobacteacuterias convertem o aacutecido aceacutetico hidrogecircniodioacutexido

de carbono aacutecido foacutermico metanol metilaminas e monoacutexido de carbono em metano

e dioacutexido de carbono As metanogecircnicas satildeo divididas em dois grupos principais

um que forma metano a partir de aacutecido aceacutetico ou metanol (metanogecircnicas

acetoclaacutesticas) e outro que produz metano a partir de hidrogecircnio e dioacutexido de

carbono (metanogecircnicas hidrogenotroacuteficas) (Equaccedilotildees 2 e 3) A maior parte do

metano gerado nessa fase (70) eacute proveniente de reaccedilotildees por bacteacuterias

metanogecircnicas acetoclaacutesticas que reduzem o acetato

(Metanogecircnese) CH3COOH CH4 + CO2 (Equaccedilatildeo 2) CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O (Equaccedilatildeo 3)

A quantidade maacutexima de biogaacutes que pode ser produzida por decomposiccedilatildeo anaeroacutebica

depende da quantidade de mateacuteria orgacircnica disponiacutevel e pode ser determinada de forma

aproximada (Equaccedilatildeo 4)

C6H10O4 + 15H2O 325CH4 + 275CO2 (Equaccedilatildeo 4)

20

Esta reaccedilatildeo exoteacutermica libera uma pequena quantidade de calor e produz um gaacutes com teores

meacutedios de 54 de CH4 e 46 de CO2 O biogaacutes gerado em aterros conteacutem tambeacutem vapor de

aacutegua proacuteximo do ponto de saturaccedilatildeo aleacutem de pequenas quantidades de NH4 H2 H2S e outros

constituintes menores

As reaccedilotildees quiacutemicas para geraccedilatildeo do biogaacutes satildeo influenciadas por diversos fatores (USEPA

1996 MENDES 2005)

Composiccedilatildeo dos resiacuteduos geraccedilatildeo de metano seraacute diretamente influenciada pela

quantidade de mateacuteria orgacircnica no resiacuteduo

Concentraccedilatildeo de oxigecircnio as atividades microbioloacutegicas anaeroacutebias para geraccedilatildeo

de metano ocorreram apenas na ausecircncia de oxigecircnio condiccedilatildeo proporcionada com

o recobrimento do material orgacircnico com solo

pH bacteacuterias metanogecircnicas possuem atividade oacutetima em pH neutros entre 68 e

72 As fases iniciais do aterro possuem pH mais aacutecido que gradam para valores

mais neutros apenas na fase final do processo

Temperatura A temperatura ideal para a digestatildeo anaeroacutebia eficiente eacute de 29ordmC a

38ordmC para as bacteacuterias mesofiacutelicas e entre 49 e 70 ordm para as termofilicas

Temperaturas baixas inferiores a 10ordmC interferem negativamente na geraccedilatildeo de

metano O processo de degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica eacute exoteacutermico e gera calor

suficiente para que ocorra a metanogecircnese

Umidade garante condiccedilotildees vitais agraves bacteacuterias microrganismos responsaacuteveis pela

digestatildeo da mateacuteria orgacircnica e formaccedilatildeo do biogaacutes Umidade alta cerca de 60 em

peso aumenta a geraccedilatildeo do biogaacutes

As formas de acondicionamento dos resiacuteduos por procedimentos operacionais e o teor de

mateacuteria orgacircnica total dos resiacuteduos possuem aspectos relevantes na geraccedilatildeo do biogaacutes em

aterros sanitaacuterios O teor de umidade eacute essencial para o desenvolvimento e metabolismo das

bacteacuterias bem como agente transportador de nutrientes e microrganismos colonizadores A

degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica demanda grande quantidade de aacutegua para a solubilizaccedilatildeo e

geraccedilatildeo de substratos orgacircnicos e gases Desta forma tais fatores aliados as condiccedilotildees

hidroloacutegicas e climaacuteticas do local afetam significativamente a velocidade e a taxa de produccedilatildeo

de biogaacutes (TCHOBANOGLOUS et al 1993)

21

42 Aproveitamento energeacutetico do biogaacutes no Brasil

Atualmente existem trecircs formas de disposiccedilatildeo final de resiacuteduos soacutelidos o lixatildeo o aterro

controlado e o aterro sanitaacuterio (PAVAN 2010) Os lixotildees satildeo caracterizados pela simples

descarga de resiacuteduos onde natildeo existe nenhuma teacutecnica de prevenccedilatildeo de contaminaccedilatildeo de solo

e aacutegua por lixiviado nem qualquer instalaccedilatildeo de estruturas para captaccedilatildeo de gases gerados

Essa forma de disposiccedilatildeo eacute inadequada devido agrave ausecircncia de controle dos tipos de resiacuteduos que

satildeo dispostos bem como a falta de teacutecnicas de remediaccedilatildeo de impactos gerados Apesar de os

lixotildees serem proibidos no Brasil estes ainda podem ser encontrados em vaacuterias regiotildees

Segundo a ABNT NBR 88491985 aterro controlado eacute uma teacutecnica de disposiccedilatildeo de

resiacuteduos soacutelidos urbanos no solo que causa menos riscos agrave sauacutede puacuteblica e agrave seguranccedila

minimizando os impactos ambientais Esse meacutetodo utiliza princiacutepios de engenharia para

confinar os resiacuteduos soacutelidos cobertos com uma camada de material inerte na conclusatildeo de cada

jornada de trabalho Com essa teacutecnica de disposiccedilatildeo eacute produzido em geral poluiccedilatildeo localizada

natildeo havendo impermeabilizaccedilatildeo de base (comprometendo a qualidade do solo e das aacuteguas

subterracircneas) nem sistema de tratamento de percolado (chorume mais aacutegua de infiltraccedilatildeo) ou

de extraccedilatildeo e queima controlada dos gases gerados O aterro controlado eacute preferiacutevel ao lixatildeo

mas apresenta qualidade bastante inferior ao aterro sanitaacuterio Com a Lei 123052010 os aterros

controlados ficam proibidos em territoacuterio nacional

Segundo a ABNT NBR 84191992 o aterro sanitaacuterio eacute local de destinaccedilatildeo final correta

dos resiacuteduos soacutelidos A disposiccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos no solo em aterro eacute baseada em criteacuterios

de engenharia e normas operacionais especiacuteficas que permitem a proteccedilatildeo do meio ambiente e

da sauacutede puacuteblica Os resiacuteduos satildeo dispostos compactados e cobertos com terra na forma de

ceacutelulas diaacuterias Satildeo empregados princiacutepios de engenharia para tratamento e coleta dos liacutequidos

percolados e gases gerados Para esse sistema deve ser previsto um sistema de drenagem

superficial de drenagem e remoccedilatildeo de percolado de tratamento do percolado de

impermeabilizaccedilatildeo do solo e de drenagem de gaacutes A Figura 5 mostra esquematicamente os

componentes de um aterro sanitaacuterio

22

Figura 5 Desenho esquemaacutetico de um aterro sanitaacuterio e seus componentes

Fonte PROINCAPES amp UNESPIGCE (1999)

Um aterro sanitaacuterio de resiacuteduos soacutelidos urbanos pode ser entendido como um grande

biorreator pois a mateacuteria orgacircnica existente nos resiacuteduos sofre um processo de biodegradaccedilatildeo

por meio de reaccedilotildees majoritariamente anaeroacutebicas transformando os compostos orgacircnicos em

biogaacutes composto principalmente por CO2 e CH4

O metano produzido em aterros sanitaacuterios eacute um gaacutes combustiacutevel com alto poder

caloriacutefico de 149 a 205 MJm3 ou aproximadamente 5800 Kcalm3 (MUYLAERT 2000) e

pode ser usado para geraccedilatildeo de energia como gaacutes domeacutestico gaacutes combustiacutevel industrial ou

como gaacutes liquefeito veicular Empreendimentos de implantaccedilatildeo de sistema de captaccedilatildeo do

biogaacutes de aterro para aproveitamento energeacutetico eacute uma tecnologia bastante estudada e jaacute

praticada em muitos paiacuteses mas a niacutevel nacional os projetos relacionados a essa aacuterea ainda satildeo

pouco expressivos

Em 1977 foi implantado o primeiro projeto de aproveitamento de biogaacutes de aterro em

escala industrial no Aterro Caju no Rio de Janeiro O projeto esteve em operaccedilatildeo por 10 anos e

em 1980 foi iniciado o aproveitamento do gaacutes para abastecimento da frota da Companhia

Municipal de Limpeza Urbana (COMLURB) e de taacutexis (COMLURB 2005) O projeto

recuperou aproximadamente 10 milhotildees de metros cuacutebicos de biogaacutes Em 1981 a empresa

Vega-Sopave e a COMGAacuteS (Companhia de Gaacutes de Satildeo Paulo) distribuiacutea o gaacutes gerado de um

aterro localizado na Rodovia Raposo Tavares para um conjunto residencial (DANESE1981)

23

Atualmente o Brasil possui apenas trecircs aterros sanitaacuterios com sistemas de aproveitamento

de biogaacutes em operaccedilatildeo para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica eou para a obtenccedilatildeo de creacuteditos de

carbono (LEITE 2005 PAVAN 2010)

Consoacutercio Biogaacutes em Perus Satildeo Paulo O consoacutercio construiu a Usina

Termeleacutetrica Bandeirantes responsaacutevel pela geraccedilatildeo de 22MW de energia

Projeto Nova Gerar em Nova Iguaccedilu Rio de Janeiro Usina termeleacutetrica implantada

de 12 MW e negociadora de creacuteditos de carbono no mercado internacional

Termoverde Salvador Bahia Terceiro empreendimento desse tipo no Brasil

contruida pelo grupo Solviacute e inaugurada em marccedilo de 2011 a termeleacutetrica tem

potecircncia de 1973MW e produziraacute 150 mil MWhano suficiente para atender 300

mil residecircncias

Os estudos de Henriques (2004) e Silva (2006) indicam que o aproveitamento energeacutetico

do biogaacutes eacute uma teacutecnica viaacutevel e economicamente atrativa no Brasil Dentre os principais

requisitos de projeto para coleta do biogaacutes em aterro para justificar o projeto eacute possiacutevel

destacar revisatildeo das condiccedilotildees do local e das informaccedilotildees disponiacuteveis quantidade e

composiccedilatildeo dos resiacuteduos o tipo e a configuraccedilatildeo do aterro os dados meteoroloacutegicos as praacuteticas

de tratamento do percolado e as taxas em que eacute gerado (LEITE 2005)

Dentre as formas de disposiccedilatildeo final de resiacuteduos soacutelidos eacute importante destacar que o

aproveitamento energeacutetico do biogaacutes soacute pode ser feito em aterros sanitaacuterios uma vez que eacute

necessaacuterio que exista uma instalaccedilatildeo de sistema de drenagem e captaccedilatildeo de biogaacutes

Dessa forma o aprimoramento das teacutecnicas desses estudos e a busca por ferramentas

alternativas para investigaccedilatildeo da geraccedilatildeo de biogaacutes poderatildeo resultar em projetos melhorados

quanto agrave produccedilatildeo de dados para os estudos de viabilidade do aproveitamento energeacutetico do

biogaacutes

O presente estudo foi inicialmente planejado para avaliar o uso da geofiacutesica como meacutetodo

de investigaccedilatildeo de biogaacutes em aterro sanitaacuterio

43 Meacutetodo geofiacutesico da eletrorresistividade

A geofiacutesica eacute uma ciecircncia aplicada de investigaccedilatildeo indireta que estuda os materiais

geoloacutegicos sobretudo na prospecccedilatildeo mineral mapeamento de rochas e estruturas a partir de

leituras fornecidas por instrumentos de mediccedilatildeo quanto aos paracircmetros fiacutesicos intriacutensecos do

24

ambiente tais como densidade resistividade condutacircncia radioatividade entre outros Os

meacutetodos geofiacutesicos satildeo muito utilizados em estudos ambientais em pesquisas relacionadas agrave

contaminaccedilatildeo de solo e aacutegua subterracircnea identificaccedilatildeo de aquiacuteferos e agrave hidrogeologia

(MUSSETT amp KHAN 2000)

A Eletrorresistividade eacute um meacutetodo geofiacutesico amplamente aplicado em estudos de

investigaccedilatildeo em subsuperfiacutecie O meacutetodo consiste na injeccedilatildeo de uma corrente eleacutetrica alternada

e com frequecircncia fixa por meio de eletrodos de transmissatildeo que satildeo fixados no terreno

conectados ao instrumento de mediccedilatildeo por meio de cabos (TELFORD et al 2004) A corrente

eleacutetrica ao interagir com o solo gera valores de potencial eleacutetrico que satildeo transmitidas para o

aparelho de leitura por meio de eletrodos de recepccedilatildeo (Figura 6)

Figura 6 Propagaccedilatildeo de campo eleacutetrico em meio tridimensional por meio de um dispositivo

de quatro eletrodos

Fonte Adaptado de KNOumlDEL et al (2007)

Os dados de amperagem e potencial eleacutetrico obtidos satildeo aplicados na equaccedilatildeo da Lei de

Ohm para definiccedilatildeo da eletrorresistividade do terreno estudado (Equaccedilatildeo 5) O espaccedilamento

entre os eletrodos eacute representado pelo fator K e o paracircmetro resistividade aparente (a) que eacute

definido de acordo com o meacutetodo de arranjo utilizado (TELFORD 2004)

I

VKa

m (Equaccedilatildeo 5)

O coeficiente K pode ser definido conforme a equaccedilatildeo 6

(Equaccedilatildeo 6)

25

Em que A e B satildeo os eletrodos que emitem a corrente eleacutetrica e M e N os eletrodos que

realizam a leitura dos valores de tensatildeo que possibilita o caacutelculo da resistividade

Para obter o dado de resistividade aparente os arranjos mais usados satildeo Wenner e

Schlumberger O arranjo Wenner separa os eletrodos por uma mesma distacircncia ldquoardquo e o

deslocamento dos eletrodos deve ser feito simultaneamente para garantir a simetria do arranjo

e leitura correta dos dados O arranjo Schlumberger desloca apenas os eletrodos de corrente

que satildeo afastados dos eletrodos de potencial por uma medida ldquoardquo enquanto os de potencial satildeo

mantidos fixos por uma distacircncia ldquobrdquo (GANDOLFO 2007) (Figura 7)

Figura 7 Esquema dos arranjos (a) Wenner e (b) Schlumberger

Fonte KNOumlDEL et al (2007)

O arranjo Wenner-Schlumberger conjuga os dois tipos de arranjo A diferenccedila na

disposiccedilatildeo dos eletrodos eacute que a distacircncia de separaccedilatildeo dos eletrodos de corrente em relaccedilatildeo

aos eletrodos de potencial eleacutetrico eacute um valor muacuteltiplo de rdquoardquo sendo ldquoardquo a distacircncia que separa

os eletrodos de potencial eleacutetrico Dessa forma no arranjo Wenner-Schlumberger ldquobrdquo eacute igual a

ldquonardquo (GANDOLFO 2007) (Figura 8)

Figura 8 Esquema do arranjo Wenner-Schlumberger


A escolha desse arranjo eacute apropriada pois permite uma maior profundidade de

investigaccedilatildeo e por isso oferece benefiacutecios para estudos em que se deseja caracterizar mais

camadas subsuperfiacuteciais aleacutem de ser mais eficaz na reduccedilatildeo de ruiacutedos nas leituras (MUSSETT

amp KHAN 2000)

26

O arranjo Wenner-Schumberger pode ser usado na teacutecnica do caminhamento eleacutetrico que

consiste na investigaccedilatildeo lateral onde se estuda horizontalmente a variaccedilatildeo do paracircmetro

resistividade e quando mais de um niacutevel tambeacutem verticalmente Os eletrodos satildeo dispostos em

linha e uma vez posicionados permitem que o arranjo escolhido ldquocaminherdquo sobre eles a fim

de efetuar a aquisiccedilatildeo de medidas para posterior processamento dos dados em programas de

imageamento eleacutetrico de inversatildeo 2D O ldquoimageamento eleacutetricordquo deve ser entendido como o

produto final da interpretaccedilatildeo quantitativa dos dados obtidos em um caminhamento Ou seja a

interpretaccedilatildeo natildeo deve estar baseada apenas nas psedo-seccedilotildees e sim em imagens geradas do

processamento dos dados pelas chamadas ldquoteacutecnicas de inversatildeordquo (GANDOLFO2004)

44 Aplicaccedilatildeo do meacutetodo da eletrorresistividade em estudos ambientais

O meacutetodo geofiacutesico da eletrorresistividade eacute bastante aplicado nos estudos ambientais em

aterros sanitaacuterios principalmente para detecccedilatildeo de aacuterea contaminadas pela percolaccedilatildeo de

chorume No entanto satildeo escassos os trabalhos que procuram determinar relaccedilotildees entre

resistividade eleacutetrica e processos bioloacutegicos e fiacutesico quiacutemicos e suas relaccedilotildees com a produccedilatildeo

de chorume e biogaacutes em aterros (GEORGAKI et al 2008 MOREIRA et al 2011) A

eletrorresistividade eacute aplicada nos estudos ambientais e alguns trabalhos relacionados a essa

temaacutetica estatildeo mencionados a seguir

O estudo de Moreira Braga amp Fries (2009) usou a eletrorresistividade como ferramenta

de investigaccedilatildeo no aterro sanitaacuterio de Cordeiroacutepolis-SP pelo periacuteodo de 2004 a 2007 O trabalho

relacionou valores eletrorresistivos com a produccedilatildeo de chorume provindos do consumo da

mateacuteria orgacircnica A aplicaccedilatildeo do meacutetodo resultou em leituras de baixa resistividade indicando

zonas com alto niacutevel de sais dissolvidos devido ao continuo processo de degradaccedilatildeo de mateacuteria

orgacircnica existente na aacuterea estudada do aterro

Os autores Costa Silva Malagutti Filho amp Moreira (2009) investigaram possiacuteveis plumas

de contaminaccedilatildeo subterracircnea por necrochorume no cemiteacuterio municipal de Vila Rezende no

municiacutepio de Piracicaba-SP As aacutereas contaminadas por necrochorume foram as de baixo valor

eletrorresistivo e o estudo sugeriu meios para controlar a contaminaccedilatildeo

O trabalho de Mondelli (2008) investigou a pluma de contaminaccedilatildeo de lixiviado no aterro

sanitaacuterio de Bauru-SP Foram usados vaacuterios meacutetodos geofiacutesicos para o estudo da aacuterea e entre

eles o da eletrorresistividade Os ensaios facilitaram a visualizaccedilatildeo da dimensatildeo espacial e a

identificaccedilatildeo dos sentidos das plumas de contaminaccedilatildeo existentes na aacuterea que foram

confirmadas apoacutes a realizaccedilatildeo dos ensaios de resistividade em laboratoacuterio e em campo

27

Em Georgaki et al (2008) eacute proposto agrave avaliaccedilatildeo de medidas de resistividade eleacutetrica para

estimativa das taxas de emissatildeo de CH4 e CO2 no aterro sanitaacuterio de Pera Galini (Greacutecia) por

meio da teacutecnica de encaminhamento eleacutetrico em aacutereas com diversos graus de emissatildeo gasosa

quantificadas no estudo Os resultados mostraram aacutereas com graus variaacuteveis de fluxo por meio

de padrotildees de resistividade eleacutetrica possibilitando a estimaccedilatildeo do potencial de produccedilatildeo de

biogaacutes a partir de uma quantidade significativamente reduzida de medidas pontuais de emissatildeo

gasosa

Os trabalhos mencionados acima mostram a eficaacutecia do uso das meacutetodos geofiacutesicas nos

estudos ambientais e qualifica a aplicaccedilatildeo do meacutetodo da eletrorresistividade nesses estudos

28

5 AQUISICcedilAtildeO E PROCESSAMENTO

Para o desenvolvimento da anaacutelise desse estudo foi necessaacuterio a aquisiccedilatildeo dos dados de

vazatildeo de biogaacutes nos drenos e dos dados geofiacutesicos de eletrorresistividade Os dados de vazatildeo

de biogaacutes foram obtidos de acordo com a teacutecnica apresentada no trabalho de Antonio (2012)

Dessa forma os procedimentos de medidas equipamentos e acessoacuterios utilizados seguem a

metodologia da autora Os dados de vazatildeo foram coletados no mecircs de maio2013 referente a

estaccedilatildeo seca do ano As medidas de produccedilatildeo e composiccedilatildeo de biogaacutes foram realizadas a partir

do medidor desenvolvido pela Landtec modelo GEM-2000 elaborado para quantificar

concentraccedilotildees de CO2 CH4 e O2 e outros possiacuteveis gases presentes aleacutem de pressatildeo

baromeacutetrica pressatildeo relativa e temperatura (Figura 9)

Figura 9 Instrumento para anaacutelise da concentraccedilatildeo do biogaacutes

Fonte ANTONIO (2012)

Os drenos do aterro ficam constantemente acesos para a queima do biogaacutes de escape com

a finalidade de evitar acidentes de explosividade Para obtenccedilatildeo das medidas de concentraccedilatildeo

de gaacutes metano presente no biogaacutes nos drenos foi necessaacuterio apagar a chama (Figura 10) resfriar

o dreno com um pano molhado (Figura 10B) selar o dreno com filme plaacutestico (Figura 10C) e

apoacutes 1 hora de estabilizaccedilatildeo realizar as mediccedilotildees (Figura 10D) Para realizar a medida o

plaacutestico eacute perfurado e o termocircmetro eacute inserido ateacute uma profundidade de 10 cm com espera de

um 1 minuto para que ocorra a estabilizaccedilatildeo do sistema

A velocidade do biogaacutes nos drenos foi obtida a partir da utilizaccedilatildeo do termocircmetro

anemocircmetro digital portaacutetil Texto modelo 405-V1 com precisatildeo de 001ms no intervalo de

medidas entre 0ms e 10ms (Figura 11) Como a velocidade do biogaacutes no dreno eacute inferior a

velocidade do vento usou-se adaptadores de chapa galvanizada de diacircmetro conhecido para

diminuir a interferecircncia do vento (Figura 12) As velocidades do biogaacutes foram medidas a cada

10 segundos durante 1 minuto totalizando 6 medidas obtendo-se assim a velocidade meacutedia

do biogaacutes

29

Figura 10 Procedimento de fechamento do dreno de gaacutes para mediccedilatildeo


Figura 11 Termo-anemocircmetro


Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes


30

A vazatildeo do biogaacutes foi calculada pela aplicaccedilatildeo da Equaccedilatildeo 7

Q= VA Equaccedilatildeo 7

Onde Q = vazatildeo (m3s)

V = velocidade do biogaacutes (ms)

A = aacuterea (m3)

A aquisiccedilatildeo dos dados geofiacutesicos foi realizada pelo meacutetodo da eletrorrestividade por

meio do arranjo de eletrodos Wenner-Schlumberger que utiliza eletrodos fixados na superfiacutecie

do terreno conectados ao instrumento de mediccedilatildeo por meio de um conjunto de cabos

(TELFORD et al 2004) O periacuteodo de aquisiccedilatildeo de dados geofiacutesicos foi realizada no mecircs de

maio2013 referente a estaccedilatildeo seca do ano

Foram realizadas 5 linhas de caminhamento eleacutetrico com comprimento individual de

120m e espaccedilamento de 5m entre eletrodos A disposiccedilatildeo das linhas na aacuterea de estudo enfatizou

a proximidade de drenos de emissatildeo de biogaacutes na tentativa de avaliaccedilatildeo da resistividade em

suas respectivas aacutereas de influecircncia (Figura 13)

Figura 13 Localizaccedilatildeo da aacuterea de estudos com posiccedilatildeo das linhas de aquisiccedilatildeo de dados

geofiacutesicos e drenos de medida da vazatildeo de biogaacutes

31

O aparelho usado para a aquisiccedilatildeo dos dados eletrorresistivos foi o resistivimetro

Terrameter SAS 4000 (Figura 14) que possibilita leituras de resistividade eleacutetrica por meio de

ciclos perioacutedicos de leitura em intervalos de tempo programados

Figura 14 A) Cabos usado para o caminhamento eleacutetrico B) Aparelho usado para

mediccedilotildees de resistividade eleacutetrica


As medidas de resistividade eleacutetrica adquiridas em campo foram processadas no

programa Res2dinv (GEOTOMO SOFTWARE 2004) e resultaram em seccedilotildees de resistividade

em termos de distacircncia x profundidade com escala graacutefica logariacutetmica e intervalos de

interpolaccedilatildeo de valores em cores Este eacute um programa que determina automaticamente um

modelo bidimensional de subsuperfiacutecie a partir de dados de resistividade obtidos em ensaios de

caminhamento eleacutetrico O software Res2dinv (GEOTOMO SOFTWARE 2004) usa um

modelo inicial para o processo iterativo dos dados O modelo eacute determinado automaticamente

considerando um semi-espaccedilo homogecircneo com resistividade constante e igual agrave meacutedia dos

logaritmos dos valores das resistividades aparentes (GANDOLFO 2007)

O modelo 2D utilizado no programa divide a pseudo-seccedilatildeo em blocos retangulares que

representaratildeo a pseudo-seccedilatildeo pelo ajuste das medidas de campo Esta otimizaccedilatildeo procura

reduzir a diferenccedila entre os valores de resistividade aparente calculados e medidos em campo

pelo ajuste da resistividade do modelo de blocos cuja diferenccedila eacute expressa pelo erro RMS (Root

Mean Squared) (LOKE amp BARKER 1996) Os modelos de inversatildeo foram padronizados numa

escala uacutenica de cores e valores para que sejam permitidas anaacutelises comparativas entre linhas

com cores quentes com maior resistividade e as cores frias com resistividade baixa

No produto graacutefico poacutes-processado foram posicionados os drenos mais proacuteximos

individualizados com numeraccedilotildees respectivas aos quais foram demarcadas aacutereas de influecircncia

de 10m de largura de drenagem de biogaacutes em profundidade para que fosse possiacutevel realizar as

comparaccedilotildees dos resultados e embasar as discussotildees dos mesmos

32

6 RESULTADOS E DISCUSSOtildeES

A vazatildeo de biogaacutes nos drenos foi calculada a partir da Equaccedilatildeo 7 citada anteriormente

os resultados foram tabelados e apresentados a seguir (Tabela 2) Os dados possuem uma ampla

variaccedilatildeo de medidas de biogaacutes Essa variaccedilatildeo das medidas pode ser atribuiacuteda agrave localizaccedilatildeo dos

drenos pois estatildeo instalados em aacutereas diferentes quanto a idade de disposiccedilatildeo dos resiacuteduos O

volume de geraccedilatildeo de biogaacutes seraacute determinado pelo estaacutegio de decomposiccedilatildeo da mateacuteria

orgacircnica Aleacutem desse fator o aterro possui uma complexa dinacircmica de produccedilatildeo e fluxo do

biogaacutes diretamente relacionado a variaccedilatildeo temporal da porosidade

Tabela 2 Vazatildeo de biogaacutes nos drenos

A rotina de disposiccedilatildeo dos resiacuteduos no aterro segue as seguintes etapas lanccedilamento dos

resiacuteduos na frente de operaccedilatildeo pelos caminhotildees de coleta compactaccedilatildeo por trator esteira e

cobertura com solo escavado durante a abertura da ceacutelula Com o aumento de patamares

superpostos de resiacuteduos haacute uma maior compressatildeo do material antigo diminuindo assim a

porosidade no sistema Quanto menor a porosidade do terreno mais difiacutecil seraacute o escape do

biogaacutes gerado Aleacutem disso a porosidade do sistema tambeacutem diminui conforme o processo de

consumo de mateacuteria orgacircnica pois os materiais soacutelidos satildeo transformados em liacutequidos e gases

que ao deixarem o sistema proporcionam espaccedilo para acomodaccedilatildeo de materiais como plaacutesticos

e borrachas

Dessa forma eacute esperado que ocorram baixas vazotildees de biogaacutes em drenos localizados em

aacutereas mais antigas do aterro pois nessas regiotildees a disponibilidade de mateacuteria orgacircnica passiacutevel

de degradaccedilatildeo eacute reduzida e tambeacutem devido a fuga de gases presentes por fraturas provocadas

no solo pela reacomodaccedilatildeo dos resiacuteduos dentre outros fatores

De maneira geral eacute esperado que os dados geofiacutesicos mostrem zonas de alta resistividade

eleacutetrica nas aacutereas de influecircncia dos drenos que possuem maior acuacutemulo ou vazatildeo de biogaacutes na

massa de resiacuteduos devido agrave caracteriacutestica isolante do material gasoso Em contrapartida os

drenos que possuem baixo fluxo de biogaacutes devem indicar medidas de resistividade eleacutetrica

33

relativamente mais baixas por serem aacutereas com teores relativamente maiores de umidade e sais

dissolvidos devido a degradaccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica

A Figura 15 eacute o resultado graacutefico do cruzamento dos dados de vazatildeo com os valores de

resistividade eleacutetrica para cada linha O espaccedilamento entro os eletrodos e a quantidade de niacuteveis

investigados em profundidade resultam em seccedilotildees modeladas para a profundidade de

aproximadamente 10 metros intervalo considerado como seco ou insaturado em lixiviado O

raio de influecircncia dos drenos eacute de 10 metros e a posiccedilatildeo dos mesmos estaacute indicada no graacutefico

O graacutefico caracteriza zonas predominantemente eletrorresistivas para os drenos de maior

vazatildeo e zonas de baixa resistividade nas proximidades de drenos com baixa vazatildeo

O dreno 24 localizado na linha 3 possui a maior vazatildeo de biogaacutes da aacuterea estudada

(117m3h) Os valores de resistividade eleacutetrica satildeo altos e variam de 2000m a 122000m

nas aacuterea de influecircncia do dreno O dreno 29 possui a menor vazatildeo de biogaacutes (37m3h) e estaacute

localizado em uma regiatildeo de baixa resistividade eleacutetrica com valores entre 30m e 2000m

Os drenos que possuem vazotildees intermediaacuterias apresentam em posiccedilotildees mais profundas

contraste de valores de resistividade em suas aacutereas de influecircncia Essa descriccedilatildeo pode ser

visualizada nos drenos 26 (99m3h) e no 31 (86m3h) em que valores de resistividade mais baixo

mudam para valores mais altos na direccedilatildeo horizontal De forma anaacuteloga esse contraste pode

ser observado nos drenos 25 28 29 e 30 no entanto as mudanccedilas de resistividade acontecem

na direccedilatildeo vertical

Dessa forma esses casos podem indicar que haacute ocorrecircncia de zonas de degradaccedilatildeo de

mateacuteria orgacircnica e produccedilatildeo de biogaacutes o que justifica as baixas medidas de resistividade

fazendo fronteira com zonas enriquecidas em materiais inertes e com porosidade para acuacutemulo

de biogaacutes justificando as altas medidas de resistividade

O dreno 24 estaacute localizado em uma aacuterea que apresenta alta resistividade (entre 8000m

e 100000m) limitado por duas aacutereas pequenas com resistividade entre 2000m e 8000m

o que pode representar zonas de acuacutemulo e produccedilatildeo de biogaacutes respectivamente Os drenos

25 26 28 30 e 31 transpassam parcialmente aacutereas de alta resistividade eleacutetrica ou entatildeo zonas

com acuacutemulos de biogaacutes O dreno 29 foi representado duas vezes no graacutefico por compor duas

linhas que se cruzam perpendiculamente sendo que em ambos os casos as leituras geofisicas

apresentaram baixos valores de resistividade eleacutetrica entre 95m e 2000m o que sugere ser

uma zona com mateacuteria orgacircnica em decomposiccedilatildeo Os drenos 24 e 29 satildeo os de maior e menor

vazatildeo de biogaacutes respectivamente e estatildeo ligados pela linha 3 A regiatildeo entre os drenos eacute

34

caracterizada como uma aacuterea altamente resistiva e possui pequena ligaccedilatildeo em profundidade

com o dreno 24

Figura 15 Modelos de inversatildeo em termos de resistividade posiccedilatildeo dos drenos de biogaacutes na superfiacutecie e delimitaccedilatildeo de aacutereas de influencia em profundidade

35

7 CONCLUSOtildeES

A decomposiccedilatildeo da mateacuteria orgacircnica em aterro sanitaacuterio gera subprodutos como chorume

e o biogaacutes Os principais componentes do biogaacutes de aterro satildeo o CH4 e CO2 sendo que o CH4

eacute um gaacutes combustiacutevel com alto poder caloriacutefico de 149 MJm3 a 205 MJm3 ou

aproximadamente 5800 Kcalm3 (MUYLAERT2000) e pode ser usado para geraccedilatildeo de

energia Assim sendo empreendimentos de implantaccedilatildeo de sistema de captaccedilatildeo do biogaacutes de

aterro para o aproveitamento energeacutetico satildeo bastante promissores

O conhecimento da dinacircmica do aterro sanitaacuterio como sua rotina operaccedilatildeo fases de

degradaccedilatildeo dos resiacuteduos e subprodutos gerados eacute essencial para que projetos de aproveitamento

energeacutetico do biogaacutes sejam elaborados

Dessa forma o presente trabalho apresentou dados relevantes para uma anaacutelise mais

detalhada sobre a produccedilatildeo de biogaacutes em aterro relacionando dados de vazatildeo de biogaacutes nos

drenos com medidas geofiacutesicas de resistividade eleacutetrica As medidas de vazatildeo do biogaacutes nos

drenos apresentam uma ampla variaccedilatildeo considerando a pequena aacuterea de estudo fato

possivelmente justificado pela idade dos resiacuteduos compactaccedilatildeo pelo perfil construtivo dos

drenos e a conexatildeo entre zonas de acumulaccedilatildeo de biogaacutes e aacuterea de influecircncia dos drenos

As investigaccedilotildees geofiacutesicas permitiram anaacutelises de medidas de resistividade eleacutetrica para

diversos niacuteveis de profundidade ao longo de linhas de drenos Como o biogaacutes eacute um isolante

eleacutetrico eacute esperado elevados valores de resistividade eleacutetrica onde haja acuacutemulo de biogaacutes

enquanto satildeo esperados baixos valores de resistividade eleacutetrica em aacutereas que possuam geraccedilatildeo

de biogaacutes com elevada quantidade de mateacuteria orgacircnica e elevados teores de umidade

O estudo mostra correspondecircncia direta entre os valores de resistividade eleacutetrica em

horizontes de resiacuteduos e vazatildeo de biogaacutes em drenos instalados ao longo de preenchimento de

ceacutelulas de resiacuteduos num aterro sanitaacuterio Dessa forma os resultados sugerem que o meacutetodo

geofiacutesico da eletrorresistividade eacute uma ferramenta auxliar de grande potencial de aplicaccedilatildeo para

caracterizaccedilatildeo de aacutereas com acuacutemulo de biogaacutes e por consequecircncia com viabilidade em

empreendimentos de aproveitamento energeacutetico em aterros sanitaacuterios

36

8 CONSIDERACcedilOtildeES FINAIS

O meacutetodo geofiacutesico da eletrorresistividade mostrou ter grande potencial de aplicaccedilatildeo para

estudos ambientais de investigaccedilatildeo de biogaacutes em aterros sanitaacuterios No entanto existem

algumas consideraccedilotildees relevantes a serem apontadas no estudo desenvolvido

As zonas de alta resistividades eleacutetricas identificadas sugerem a existecircncia de bolsotildees de

biogaacutes a partir da discussatildeo dos resultados apresentada acima Apesar da anaacutelise da investigaccedilatildeo

apontar que essas zonas com cores quentes isto eacute de alta eletrorresistividade correspondam aos

bolsotildees de biogaacutes existe a possibilidade das medidas eletrorresistivas terem sofrido

interferecircncia na leitura pela possiacutevel existecircncia de materiais natildeo condutores nas camadas de

resiacuteduos como plaacutesticos eou borracha Como o aterro natildeo possui um meio homogecircneo natildeo eacute

possiacutevel afirmar de fato que as zonas encontradas correspondam a existecircncia de biogaacutes uma

vez que existem outros materiais pouco condutores de energia eleacutetrica presentes no aterro

Dessa forma eacute sugerido que outros meacutetodos geofiacutesicos capazes de ler outros paracircmetros

sejam utilizados a fim de refinar os resultados e discussotildees sobre a geraccedilatildeo do biogaacutes em aterro

sanitaacuterio

A aquisiccedilatildeo dos dados foi feita na eacutepoca seca do ano Os dados geofiacutesicos podem variar

bastante uma vez que a condutacircncia eacute influenciada pela umidade do solo Assim uma anaacutelise

mais completa seria repetir os ensaios em vaacuterias eacutepocas do ano abrangendo diversas condiccedilotildees

climaacuteticas isto eacute levando em consideraccedilatildeo a estaccedilatildeo chuvosa para comparaccedilatildeo dos resultados

e melhor compreensatildeo da dinacircmica funcional do aterro

37

9 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas

Cacircmpus de Rio Claro




Rio Claro - SP 2016




551G635v











AGRADECIMENTOS


































incriacuteveis





















RESUMO




















dos drenos


ABSTRACT



















LISTA DE FIGURAS





















LISTA DE TABELAS



SUMAacuteRIO


2 OBJETIVOS12









7 CONCLUSOtildeES35



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(IPCC 1996)









(CETESBSMA 2006)


















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eleacutetrica



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Fonte Google Earth















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de brita

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anaeroacutebicos






















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pouco expressivos








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de quatro eletrodos






I

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do biogaacutes

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sanitaacuterio






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(IPCC 1996)









(CETESBSMA 2006)


















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2 OBJETIVOS






eleacutetrica



aterros

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Fonte Google Earth















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de brita

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anaeroacutebicos






















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1996 MENDES 2005)

























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pouco expressivos








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mil residecircncias













biogaacutes







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de quatro eletrodos






I

VKa




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amp KHAN 2000)

26

































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gasosa



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do biogaacutes

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A = aacuterea (m3)












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e borrachas









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com o dreno 24


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7 CONCLUSOtildeES



























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sanitaacuterio






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Fonte Google Earth















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de brita

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de quatro eletrodos






I

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amp KHAN 2000)

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do biogaacutes

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A = aacuterea (m3)












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