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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
Ana Carolina Teixeira Gonsalez
VARIACcedilAtildeO DA RESISTIVIDADE ELEacuteTRICA E RELACcedilOtildeES COM A PRODUCcedilAtildeO DE BIOGAacuteS EM ATERRO SANITAacuteRIO
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
VARIACcedilAtildeO DA RESISTIVIDADE ELEacuteTRICA E RELACcedilOtildeES COM A PRODUCcedilAtildeO DE BIOGAacuteS EM ATERRO SANITAacuteRIO
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
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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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ANA CAROLINA TEIXEIRA GONSALEZ
VARIACcedilAtildeO DA RESISTIVIDADE ELEacuteTRICA E RELACcedilOtildeES COM A PRODUCcedilAtildeO DE BIOGAacuteS EM ATERRO SANITAacuteRIO
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
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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
VARIACcedilAtildeO DA RESISTIVIDADE ELEacuteTRICA E RELACcedilOtildeES COM A PRODUCcedilAtildeO DE BIOGAacuteS EM ATERRO SANITAacuteRIO
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
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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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VARIACcedilAtildeO DA RESISTIVIDADE ELEacuteTRICA E RELACcedilOtildeES COM A PRODUCcedilAtildeO DE BIOGAacuteS EM ATERRO SANITAacuteRIO
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
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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
ANTONIO SM Anaacutelise da variaccedilatildeo da vazatildeo e da concentraccedilatildeo do metano presente nos gases gerados no aterro sanitaacuterio de Rio Claro-SP Trabalho de Conclusatildeo de Curso Universidade Estadual Paulista Campus de Rio Claro-SP Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas 2012 58p
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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)
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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
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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
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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
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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SILVA T N Avaliaccedilatildeo da produccedilatildeo e qualidade do gaacutes de aterro para energia no aterro sanitaacuterio dos Bandeirantes - SP Dissertaccedilatildeo de mestrado em Ciecircncia e Tecnologia Ambiental Universidade Vale do Itajaiacute- Santa Catarina 2006 TCHOBANOGLOUS G THEISEN H amp VINIL S Integrated solid wastemanagement Engineering principles and management issues New York Irwin MacGraw-Hill 1993978 p TELFORD WM GELDART LP SHERIFF RE Applied Geophysics 2ordm ed New York Cambridge University Press 2004 774 p
THEMELIS NJ amp ULLOA PA Methane generation in landfills Renewable Energy vol 32 p 1243-1257 2007 TROPPMAIR H Atlas da Qualidade Ambiental e de Vida de Rio Claro 1992 UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY A guide for methane mitigation projects gas to energy at landfills and open dumps USEPA ndash Office of air and radiation USEPA 1996
VOLGELSANG D Environmental Geophysic A pratical guide 1ordf ediccedilatildeo Berlin Springer1995173 f
ZAINE J E A geologia da Formaccedilatildeo Rio Claro na Folha Rio Claro (SP) Tese (Doutorado) Rio Claro Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas ndash UNESP 1994 192p
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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
ANTONIO SM Anaacutelise da variaccedilatildeo da vazatildeo e da concentraccedilatildeo do metano presente nos gases gerados no aterro sanitaacuterio de Rio Claro-SP Trabalho de Conclusatildeo de Curso Universidade Estadual Paulista Campus de Rio Claro-SP Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas 2012 58p
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ASSOCIACcedilAtildeO BRASILEIRA DE NORMAS TEacuteCNICAS NBR 8849 Apresentaccedilatildeo de projetos de aterros controlados de resiacuteduos soacutelidos urbanos Satildeo Paulo 1985
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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)
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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)
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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)
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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)
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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
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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)
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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
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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ZAINE J E A geologia da Formaccedilatildeo Rio Claro na Folha Rio Claro (SP) Tese (Doutorado) Rio Claro Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas ndash UNESP 1994 192p
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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
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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)
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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
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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
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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
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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)
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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)
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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)
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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
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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)
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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
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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)
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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)
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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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
ANTONIO SM Anaacutelise da variaccedilatildeo da vazatildeo e da concentraccedilatildeo do metano presente nos gases gerados no aterro sanitaacuterio de Rio Claro-SP Trabalho de Conclusatildeo de Curso Universidade Estadual Paulista Campus de Rio Claro-SP Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas 2012 58p
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ASSOCIACcedilAtildeO BRASILEIRA DE NORMAS TEacuteCNICAS NBR 8849 Apresentaccedilatildeo de projetos de aterros controlados de resiacuteduos soacutelidos urbanos Satildeo Paulo 1985
ASQUITH G B GIBSON C R Basic Well Log Analysis for Geologists Oklahoma American Association of Petroleum Geologists 1982 234 p
BORTOLIN JRM Monitoramento temporal da pluma de contaminaccedilatildeo do aterro controlado de Rio Claro (SP) por meio do meacutetodo da eletrorresistividade Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Geociecircncias e Meio Ambiente) Universidade Estadual Paulista ldquoJuacutelio de Mesquita Filhordquo Rio Claro SP 2009
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
Fonte KNOumlDEL et al (2007)
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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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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
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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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29
Figura 10 Procedimento de fechamento do dreno de gaacutes para mediccedilatildeo
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 11 Termo-anemocircmetro
Fonte ANTONIO (2012)
Figura 12 Adaptadores para mediccedilatildeo da velocidade do biogaacutes
Fonte ANTONIO (2012)
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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
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bolsotildees de biogaacutes existe a possibilidade das medidas eletrorresistivas terem sofrido
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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
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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
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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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
Fonte ANTONIO (2012)
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
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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
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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
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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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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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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
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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
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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
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9 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
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38
GANDOLFO OCB Um estudo do imageamento geoeleacutetrico na investigaccedilatildeo rasa Tese (Doutorado em Geociecircncias) ndash Instituto de Geociecircncias Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Paulo 2007 215 p
GEORGAKI I SOUPIOS P SAKKAS N VERVERIDIS F TRANTAS E VALLIANATOS F MANIOS T Evaluating the use of electrical resistivity imaging technique for improving CH4 and CO2 emission rate estimations in landfills Science of the Total Environment v 389 p 522-531 2008
GEOTOMO SOFTWARE RES2DINV (v354) and RES3DINV (v214) for Windows 98ME 2000NTXP Geoelectrical Imaging 2D amp 3D 2004 130p
GRIFFITHS D H BAKER R D Two-dimensional resistivity imaging and modeling in areas of complex geology Journal of Applied Geophysics 29 p 211-226 1993 HENRIQUES M R Aproveitamento Energeacutetico dos Resiacuteduos Soacutelidos Urbanos Uma Abordagem Tecnoloacutegica Dissertaccedilatildeo (Mestrado) ndash COPPE- Universidade Federal do Rio de Janeiro 2004 190p
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATIacuteSTICA ndash IBGE Estimativa Populacional-2015 Disponiacutevel em lthttpcidadesibgegovbrxtras perfilphplang =ampcod m un=354390ampsearch=sao-paulo|rio-clarogt Acesso em 25042016
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MONDELLI G Integraccedilatildeo de diferentes teacutecnicas de investigaccedilatildeo para avaliaccedilatildeo da poluiccedilatildeo e contaminaccedilatildeo de uma aacuterea de disposiccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos Tese (Doutorado) ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2008
MONTEIRO C A de F A Dinacircmica Climaacutetica e as Chuvas no Estado de Satildeo Paulo ndash estudo geograacutefico sob forma de atlas Satildeo Paulo Universidade de Satildeo Paulo Instituto de Geografia 1973 129 p
MOREIRA C A BRAGA A C O FRIES M Degradaccedilatildeo de resiacuteduos e alteraccedilotildees na resistividade eleacutetrica pH e Eh Revista Brasileira de Geofiacutesica 27(2) p283-293 2009
MOREIRA C A BRAGA A C O HANSEN M A F Estimativa do tempo de produccedilatildeo de chorume em aterro controlado por meio de medidas de resistividade eleacutetrica Revista Brasileira de Geociecircncias 41(3) p549-557 2011
MUSSETT A E KHAN M A Look into the Earth an introduction to geological geophysics New York Cambridge University Press 2009 493 p
MUYLAERT M S (coord) AMBRAM R CAMPOS C P MONTEZ E M OLIVEIRA L B PEREIRA A S REIS M M Consumo de Energia e Aquecimento do Planeta ndash Anaacutelise de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ndash MDL ndash do Protocolo de Quioto ndash Estudo de Caso Rio de Janeiro Editora da COPPE 2000
OONK J amp BOON A Landfill gas formation recovery and emissions ndash Institute of environmental and energy technology (TNO) Netherlands Apeldoorn p95-203 1995
ORELLANA E Prospeccion Geoelectrica en Corriente Continua Biblioteca Teacutecnica Philips Madrid Paraninfo 523 p 1972 PAVAN MCO Geraccedilatildeo de Energia a Partir de Resiacuteduos Soacutelidos Urbanos Avaliaccedilatildeo e Diretrizes para Tecnologias Potencialmente Aplicaacuteveis no Brasil Tese de Doutorado Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo em Energia da Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Paulo 2010 186p PELCZAR JR M CHAN E C S KRIEG N R Microbiologia conceitos e aplicaccedilotildees 2ed Satildeo Paulo MAKRON Books 1996 517 p POHLAND F G GOULD J P Co-disposal of municipal refuse and industrial waste sludge in landfills Water Science Technology v18 n12 p177-192 1986 POHLAND FG HARPER SR Critical review and sumary of leachate and gas production from landfills Tech project nE20 G01 1985 PROINCAPES e UNESPIGCE Material Didaacutetico arquivos de transparecircncias (CD-ROM) Rio Claro Departamento de Geologia Aplicada 1999 RELATOacuteRIO AMBIENTAL PRELIMINAR ndash RAP Aterro sanitaacuterio e industrial do municiacutepio de Rio Claro ndash SP Accedilatildeo engenharia Satildeo Paulo- SP 2000 SEIMETZ E X Estudos geofiacutesicos ao longo do futuro trecho norte do metrocirc de Brasiacutelia Dissertaccedilatildeo de mestrado ndash Instituto de Geociecircncias Universidade de Brasiacutelia Brasiacutelia2012 97p
40
SILVA T N Avaliaccedilatildeo da produccedilatildeo e qualidade do gaacutes de aterro para energia no aterro sanitaacuterio dos Bandeirantes - SP Dissertaccedilatildeo de mestrado em Ciecircncia e Tecnologia Ambiental Universidade Vale do Itajaiacute- Santa Catarina 2006 TCHOBANOGLOUS G THEISEN H amp VINIL S Integrated solid wastemanagement Engineering principles and management issues New York Irwin MacGraw-Hill 1993978 p TELFORD WM GELDART LP SHERIFF RE Applied Geophysics 2ordm ed New York Cambridge University Press 2004 774 p
THEMELIS NJ amp ULLOA PA Methane generation in landfills Renewable Energy vol 32 p 1243-1257 2007 TROPPMAIR H Atlas da Qualidade Ambiental e de Vida de Rio Claro 1992 UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY A guide for methane mitigation projects gas to energy at landfills and open dumps USEPA ndash Office of air and radiation USEPA 1996
VOLGELSANG D Environmental Geophysic A pratical guide 1ordf ediccedilatildeo Berlin Springer1995173 f
ZAINE J E A geologia da Formaccedilatildeo Rio Claro na Folha Rio Claro (SP) Tese (Doutorado) Rio Claro Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas ndash UNESP 1994 192p
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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
ANTONIO SM Anaacutelise da variaccedilatildeo da vazatildeo e da concentraccedilatildeo do metano presente nos gases gerados no aterro sanitaacuterio de Rio Claro-SP Trabalho de Conclusatildeo de Curso Universidade Estadual Paulista Campus de Rio Claro-SP Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas 2012 58p
ASSOCIACcedilAtildeO BRASILEIRA DE NORMAS TEacuteCNICAS NBR 8419 Apresentaccedilatildeo de projetos de aterros sanitaacuterios de resiacuteduos soacutelidos urbanos Satildeo Paulo 1984
ASSOCIACcedilAtildeO BRASILEIRA DE NORMAS TEacuteCNICAS NBR 8849 Apresentaccedilatildeo de projetos de aterros controlados de resiacuteduos soacutelidos urbanos Satildeo Paulo 1985
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CASTRO MCAA BELLO PPG Evaluation of percentage of methane gas generated in the landfill of the Rio Claro city Brazil study of energetic potential In Third International Symposium on Energy From Biomass and Waste 2010 Veneza Venice 2101-Third International Symposium on Energy From Biomass and Waste Padova Eurowaste-IWWg 2010 v1
COMPANHIA MUNICIPAL DE LIMPEZA URBANA (COMLURB) Potencial Energeacutetico do Biogaacutes de Aterros Disponiacutevel em lthttpwwwriorjgovbr comlurb potencial biogas htmgt Acesso em 15062016
COMPANHIA DE TECNOLOGIA E SANEAMENTO AMBIENTAL ndash CETESB SECRETRARIA DO MEIO AMBIENTE ndash SMA Biogaacutes pesquisa e projetos no Brasil Satildeo Paulo CETESBSMA 2006186 p
COMPANHIA DE TECNOLOGIA E SANEAMENTO AMBIENTAL ndash CETESB SECRETRARIA DO MEIO AMBIENTE ndash SMA Inventaacuterio Estadual de Resiacuteduos Soacutelidos Urbanos Satildeo Paulo CETESBSMA 2014 126p Disponiacutevel em lthttpresiduossolidos cetesbspgovbrwpcontentuploadssites36201311residuosSolidos2014pdfgt Acesso em 15052016
COSTA SILVA R W MALAGUTTI FILHO W MOREIRA CA Emprego do Meacutetodo da Eletrorresistividade no Estudo da Contaminaccedilatildeo Subterracircnea do Cemiteacuterio Municipal de Vila Rezende Piracicaba-SP Revista Brasileira de Geofiacutesica v 27 n 3 2009 p 389-399
DANESE Modesto Geraccedilatildeo e Utilizaccedilatildeo de Biogaacutes Associaccedilatildeo Brasileira de Conservaccedilatildeo de Energia Instituto de Pesquisas Tecnoloacutegicas (IPT) Satildeo Paulo 1981
DEPARTAMENTO DE AacuteGUAS E ENERGIA ELEacuteTRICA DO ESTADO DE SAtildeO PAULO - DAEE Estudos de aacuteguas subterracircneas Regiatildeo Administrativa 5 - Campinas Satildeo Paulo 1981 607 p
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SILVA T N Avaliaccedilatildeo da produccedilatildeo e qualidade do gaacutes de aterro para energia no aterro sanitaacuterio dos Bandeirantes - SP Dissertaccedilatildeo de mestrado em Ciecircncia e Tecnologia Ambiental Universidade Vale do Itajaiacute- Santa Catarina 2006 TCHOBANOGLOUS G THEISEN H amp VINIL S Integrated solid wastemanagement Engineering principles and management issues New York Irwin MacGraw-Hill 1993978 p TELFORD WM GELDART LP SHERIFF RE Applied Geophysics 2ordm ed New York Cambridge University Press 2004 774 p
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energia Assim sendo empreendimentos de implantaccedilatildeo de sistema de captaccedilatildeo do biogaacutes de
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diversos niacuteveis de profundidade ao longo de linhas de drenos Como o biogaacutes eacute um isolante
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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
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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
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9 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
ANTONIO SM Anaacutelise da variaccedilatildeo da vazatildeo e da concentraccedilatildeo do metano presente nos gases gerados no aterro sanitaacuterio de Rio Claro-SP Trabalho de Conclusatildeo de Curso Universidade Estadual Paulista Campus de Rio Claro-SP Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas 2012 58p
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BORTOLIN JRM Monitoramento temporal da pluma de contaminaccedilatildeo do aterro controlado de Rio Claro (SP) por meio do meacutetodo da eletrorresistividade Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Geociecircncias e Meio Ambiente) Universidade Estadual Paulista ldquoJuacutelio de Mesquita Filhordquo Rio Claro SP 2009
CASTRO MCAA BELLO PPG Evaluation of percentage of methane gas generated in the landfill of the Rio Claro city Brazil study of energetic potential In Third International Symposium on Energy From Biomass and Waste 2010 Veneza Venice 2101-Third International Symposium on Energy From Biomass and Waste Padova Eurowaste-IWWg 2010 v1
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COMPANHIA DE TECNOLOGIA E SANEAMENTO AMBIENTAL ndash CETESB SECRETRARIA DO MEIO AMBIENTE ndash SMA Inventaacuterio Estadual de Resiacuteduos Soacutelidos Urbanos Satildeo Paulo CETESBSMA 2014 126p Disponiacutevel em lthttpresiduossolidos cetesbspgovbrwpcontentuploadssites36201311residuosSolidos2014pdfgt Acesso em 15052016
COSTA SILVA R W MALAGUTTI FILHO W MOREIRA CA Emprego do Meacutetodo da Eletrorresistividade no Estudo da Contaminaccedilatildeo Subterracircnea do Cemiteacuterio Municipal de Vila Rezende Piracicaba-SP Revista Brasileira de Geofiacutesica v 27 n 3 2009 p 389-399
DANESE Modesto Geraccedilatildeo e Utilizaccedilatildeo de Biogaacutes Associaccedilatildeo Brasileira de Conservaccedilatildeo de Energia Instituto de Pesquisas Tecnoloacutegicas (IPT) Satildeo Paulo 1981
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ELLIS DV amp SINGER JM Well logging for earth Scientists Netherlands Springer 2deged 2008 699 p
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GANDOLFO OCB Um estudo do imageamento geoeleacutetrico na investigaccedilatildeo rasa Tese (Doutorado em Geociecircncias) ndash Instituto de Geociecircncias Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Paulo 2007 215 p
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GEOTOMO SOFTWARE RES2DINV (v354) and RES3DINV (v214) for Windows 98ME 2000NTXP Geoelectrical Imaging 2D amp 3D 2004 130p
GRIFFITHS D H BAKER R D Two-dimensional resistivity imaging and modeling in areas of complex geology Journal of Applied Geophysics 29 p 211-226 1993 HENRIQUES M R Aproveitamento Energeacutetico dos Resiacuteduos Soacutelidos Urbanos Uma Abordagem Tecnoloacutegica Dissertaccedilatildeo (Mestrado) ndash COPPE- Universidade Federal do Rio de Janeiro 2004 190p
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATIacuteSTICA ndash IBGE Estimativa Populacional-2015 Disponiacutevel em lthttpcidadesibgegovbrxtras perfilphplang =ampcod m un=354390ampsearch=sao-paulo|rio-clarogt Acesso em 25042016
INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE ndash IPCC INTERNATIONAL PANEL ON CLIMATE CHANGE (IPCC) Guidelines for National Greenhouse Inventories Reference Manual vol 3 1996
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MONDELLI G Integraccedilatildeo de diferentes teacutecnicas de investigaccedilatildeo para avaliaccedilatildeo da poluiccedilatildeo e contaminaccedilatildeo de uma aacuterea de disposiccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos Tese (Doutorado) ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2008
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MUSSETT A E KHAN M A Look into the Earth an introduction to geological geophysics New York Cambridge University Press 2009 493 p
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ORELLANA E Prospeccion Geoelectrica en Corriente Continua Biblioteca Teacutecnica Philips Madrid Paraninfo 523 p 1972 PAVAN MCO Geraccedilatildeo de Energia a Partir de Resiacuteduos Soacutelidos Urbanos Avaliaccedilatildeo e Diretrizes para Tecnologias Potencialmente Aplicaacuteveis no Brasil Tese de Doutorado Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo em Energia da Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Paulo 2010 186p PELCZAR JR M CHAN E C S KRIEG N R Microbiologia conceitos e aplicaccedilotildees 2ed Satildeo Paulo MAKRON Books 1996 517 p POHLAND F G GOULD J P Co-disposal of municipal refuse and industrial waste sludge in landfills Water Science Technology v18 n12 p177-192 1986 POHLAND FG HARPER SR Critical review and sumary of leachate and gas production from landfills Tech project nE20 G01 1985 PROINCAPES e UNESPIGCE Material Didaacutetico arquivos de transparecircncias (CD-ROM) Rio Claro Departamento de Geologia Aplicada 1999 RELATOacuteRIO AMBIENTAL PRELIMINAR ndash RAP Aterro sanitaacuterio e industrial do municiacutepio de Rio Claro ndash SP Accedilatildeo engenharia Satildeo Paulo- SP 2000 SEIMETZ E X Estudos geofiacutesicos ao longo do futuro trecho norte do metrocirc de Brasiacutelia Dissertaccedilatildeo de mestrado ndash Instituto de Geociecircncias Universidade de Brasiacutelia Brasiacutelia2012 97p
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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
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9 REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS
ANTONIO SM Anaacutelise da variaccedilatildeo da vazatildeo e da concentraccedilatildeo do metano presente nos gases gerados no aterro sanitaacuterio de Rio Claro-SP Trabalho de Conclusatildeo de Curso Universidade Estadual Paulista Campus de Rio Claro-SP Instituto de Geociecircncias e Ciecircncias Exatas 2012 58p
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