O RSU é uma mistura muito heterogênea de diversos tipos de resíduos, que apresentam grande diversidade e complexidade (DURMUSOGLU et al., 2005, ZANTA et al., 2006).
Segundo Zanta et al. (2006), as suas características físicas, químicas e biológicas variam de acordo com a sua fonte ou atividade geradora.
Para Lima (2004), é muito importante conhecer as características dos RSU, pois a eficiência dos sistemas de coleta e disposição final está fundamentada numa análise criteriosa de suas características.
A seguir são apresentadas as principais características dos RSU relacionadas a esta pesquisa.
Composição Gravimétrica
A composição gravimétrica consiste na obtenção dos percentuais, em peso, dos principais tipos de materiais que compõem o resíduo sólido urbano. O detalhamento desses materiais depende do objetivo que se pretende alcançar com a caracterização.
De uma maneira geral, os materiais mais comuns presentes nas caracterizações de composição gravimétrica são matéria orgânica, papel/papelão, plástico, metal, vidro. Além desses, outros materiais podem estar presentes, tais como: madeira, borracha/couro, têxteis, poda de jardim, fralda, etc.
O conhecimento da composição gravimétrica permite uma avaliação preliminar da degradabilidade, do poder de contaminação ambiental e das possibilidades de reutilização, reciclagem e valorização energética e orgânica dos RSU (ALCÂNTARA, 2007). Portanto, essa composição é de grande importância para o gerenciamento integrado dos resíduos sólidos urbanos.
De maneira geral, fatores econômicos, sociais, geográficos, educacionais, culturais, tecnológicos e legais influenciam na composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos (ZANTA et al., 2006).
No Brasil a composição gravimétrica do RSU é caracterizada da seguinte maneira: 51,4% de matéria orgânica; 13,1% de papel, papelão, embalagem longa vida; 13,5% de plástico; 2,9% de metal; 2,4% de vidro; e 16,7% de outros materiais (borracha, madeira, etc.) (MMA, 2012), conforme Figura 3-1.
Em outros países é possível identificar características semelhantes do RSU daquelas encontradas no Brasil. Nas principais cidades metropolitanas da Índia, por exemplo, a porcentagem média de matéria orgânica no RSU é de 41,80% (SHARHOLY et al., 2008). No Líbano a porcentagem de matéria orgânica está na faixa de 64,5% (EL-FADEL et al., 2002). Na China essa porcentagem corresponde a 49% (AIT/UNEP, 2010).
Nos Estados Unidos a presença de matéria orgânica no RSU não é predominante. A parcela de matéria orgânica corresponde a 14,5%, enquanto que a parcela de papel/papelão corresponde a 27,4% (EPA, 2014b).
Figura 3-1 – Composição gravimétrica dos RSU no Brasil
Fonte: Adaptado de MMA (2012).
Matéria Orgânica: 51% Papel, Papelão, Embalagem Longa Vida: 13% Plástico: 14% Metal: 03% Vidro: 02% Outros Materiais (Borracha, Madeira, etc.) 17%
Teor de Umidade
O teor de umidade é uma variável muito difícil de determinar no caso de RSU, pois seus diversos componentes têm diferentes teores de umidade (BOSCOV, 2008).
Segundo Pohland (1975), pesquisas indicaram que a umidade é um dos fatores mais importantes no desenvolvimento do processo de decomposição dos RSU em aterro sanitário. Esse conceito também é compartilhado por outros autores, a exemplo de Reinhart e Al-Yousfi (1996), que descreveram o teor de umidade como sendo o mais crítico entre os fatores que afetam a degradação, de Boscov (2008) que citou a influência da umidade na velocidade de degradação, de Alcântara (2007) que relatou a influência no desenvolvimento e transporte de micro-organismos participantes do processo de degradação, e de Rafizul, Howlader e Alamgir (2012) que citaram a importância na taxa de decomposição e na taxa de geração de lixiviado.
Para Gomes et al. (2006), a presença de água é fundamental na fase inicial da degradação anaeróbia (hidrólise), pois promove a diluição de agentes inibidores e facilita a distribuição de micro-organismos e nutrientes no maciço de RSU. Alguns autores como Williams et al. (1987) sugerem que a taxa de hidrólise seja diretamente proporcional ao teor de umidade dos RSU.
Segundo Hossain, Haque e Hoyos (2010), o teor de umidade médio do RSU aumenta com o desenvolvimento da decomposição, conforme resultados obtidos em reatores de escala de laboratório. Na fase I (aeróbia) o teor de umidade foi de 59,5%, na fase II (ácida) foi de 59,7%, na fase III (aceleração da produção de metano) e na fase IV (desaceleração da produção de metano) foram de 63,3% e 64,7%, respectivamente. Ainda de acordo com os autores, o aumento do teor de umidade ocorre devido à desintegração dos materiais presentes no RSU (principalmente papel), que resulta na redução dos espaços vazios, e assim permite maior retenção da umidade.
Além dos aspectos relacionados à decomposição dos RSU, Boscov (2008) cita também a importância da umidade no desenvolvimento dos recalques. Alcântara (2007) também enfatizou a influência da umidade nas variáveis associadas ao comportamento mecânico dos RSU.
O teor de umidade depende da composição gravimétrica dos resíduos, condições climáticas (pluviosidade), condições operacionais (profundidade, drenagem interna e
superficial), taxa de decomposição e quantidade de matéria orgânica presente no RSU (DIXON, RUSSELL e JONESB, 2005; BOSCOV, 2008).
A faixa de umidade (base úmida) presente no RSU do Brasil varia de 40 a 60% (BIDONE e POVINELLI, 1999). Em países em que os RSU apresentam menor quantidade de matéria orgânica, o teor de umidade pode ser menor. Na Tabela 3-1 são apresentados valores de teor de umidade do RSU.
Tabela 3-1 – Teores de umidade do RSU
Referência Local Umidade gravimétrica (%)
Coumoulos et al. (1995) Grécia 40 a 60
Palma (1995) Espanha 40 a 60 (não compactado)
El-Fadel e Al-Rashed (1998) Estados Unidos 26 a 52
Jucá, Bastos e Melo (1997) Brasil 20 a 50
Alcântara (2007) Brasil ~52 (inicial)
Da Silva (2013) Brasil 20 a 46
Temperatura
A temperatura é um das principais variáveis relacionadas aos processos bioquímicos que ocorrem no interior do maciço de RSU de um aterro sanitário. A decomposição dos resíduos sólidos num aterro sanitário ocorre, principalmente, através da ação de micro- organismos em condições anaeróbias.
Alcântara (2007) menciona que nos processos biodegradativos, a temperatura é uma variável que implica nos balanços energéticos, onde geralmente, menor temperatura indica redução na atividade e na taxa de conversão da matéria orgânica dos RSU, a exemplo do estudo de Kotsyurbenko, Nozhenikova e Zavarving (1993), o qual demonstrou que a decomposição dos ácidos graxos à 15ºC, em condições anaeróbias, é aproximadamente 10 vezes mais lento quando comparada a temperatura de 28ºC.
Chernicharo (1997) afirma que dos fatores físicos que afetam o crescimento microbiano, a temperatura é um dos mais importantes na seleção de espécies. Ainda segundo o autor, os micro-organismos não possuem meios de controlar sua temperatura interna, assim, a temperatura interna da célula é determinada pelas condições da temperatura externa.
De acordo com Gerardi (2003), variações na temperatura mesmo de pequenos graus Celsius afetam quase toda a atividade biológica incluindo a inibição de algumas bactérias anaeróbias, especialmente aquelas formadoras de metano.
Segundo Da Silva (2013), as condições de temperatura do maciço de resíduos de um aterro influenciam os tipos de bactérias predominantes e o nível de produção de gás.
Para Madigan, Martinko e Parker (2002), os micro-organismos de aterros sanitários, mantidos sob condições anaeróbias, podem ser agrupados em até 4 faixas de temperatura:
§ Faixa dos psicrófilos: abaixo de 20ºC; § Faixa dos mesófilos: entre 20 e 45ºC; § Faixa dos termófilos: entre 45 e 80ºC; § Faixa dos hipertermófilos: acima de 80ºC.
No aterro sanitário alguns fatores podem afetar a temperatura do maciço de resíduos, tais como as variações sazonais de temperatura, o teor de umidade disponível, a profundidade e a idade dos RSU (GOMES, et al., 2006).
Em pequenas profundidades e próximo das camadas superficiais do aterro sanitário ocorrem variações significativas de temperatura do maciço de RSU, em função das mudanças sazonais da temperatura do ambiente externo (YESILLER e HANSON, 2003; BOSCOV, 2008; DA SILVA, 2013).
Em profundidades mais elevadas do aterro sanitário e nos locais onde há maior umidade disponível, as temperaturas são continuamente mais elevadas (GOMES et al., 2006).
Segundo Rees (1980), mesmo em condições anaeróbias e clima temperado, vários estudos têm demonstrado que os aterros sanitários podem atingir altas temperaturas. Nos aterros sanitários o processo de degradação dos RSU ocorre, principalmente, na faixa mesofílica (CHRISTENSEN e KJELDSEN, 1989). De acordo com Bidone e Povinelli (1999), as temperaturas no processo de degradação não superam os 45°C. Entretanto, Boscov (2008) menciona que por causa das reações exotérmicas do processo de biodegradação, a temperatura do maciço de RSU no aterro sanitário pode atingir valores de até 60ºC. Fato este, verificado no estudo de Jucá, Monteiro e Melo (2002), no qual foram encontradas temperaturas de até 65ºC.
Na Figura 3-2 é apresentado um gráfico de Gerardi (2003) sobre o comportamento da temperatura em relação ao tempo de digestão e as faixas de temperatura ideal para as bactérias formadoras de metano termofílicas e mesofílicas em digestores anaeróbios.
Figura 3-2 – Comportamento da temperatura em relação ao tempo de digestão
Fonte: Adaptado de Gerardi (2003).
Peso Específico
O peso específico consiste no peso por unidade de volume, sendo sua unidade expressada em kN/m³, de acordo com o sistema internacional. Segundo Boscov (2008), não há ensaios normalizados para a determinação do peso específico dos RSU, o que causa uma fonte de variação adicional para essa variável, sendo a principal dificuldade a retirada de amostras indeformadas e representativas.
O peso específico é uma importante propriedade para diversas análises de engenharia dos aterros sanitários, incluindo estabilidade dinâmica e estática de taludes, punção da geomembrana, esmagamento de tubulação e avaliação de capacidade (ZEKKOS et al., 2006).
Com relação às variáveis que influenciam o peso específico dos RSU, Boscov (2008) menciona que:
O peso específico dos RSU depende principalmente da composição gravimétrica (elevados teores de materiais leves ou putrescíveis acarretam menor peso específico), da distribuição granulométrica (resíduos triturados podem formar arranjos mais densos do que resíduos in natura) e do grau de compactação (resíduos compactados são mais densos do que resíduos soltos). A espessura da camada de cobertura diária também influencia a densidade dos RSU, pois se trata da aplicação de uma sobrecarga.
Dixon, Russell e Jonesb (2005) citam que o peso específico de alguns materiais, tais como orgânicos, resíduos de jardim, papéis e tecidos, aumenta quando esses materiais são expostos à água devido ao aumento da umidade nos espaços vazios do resíduo.
Boscov (2008) considera que existe uma tendência de aumento do peso específico em função da profundidade do aterro sanitário, principalmente em razão da compressão sob o peso das camadas sobrejacentes.
De acordo com Hossain, Haque e Hoyos (2010), a evolução do processo de degradação dos RSU provoca aumento no valor do peso específico, pois as partículas maiores dos RSU são quebradas em partículas menores, reduzindo os espaços vazios e consequentemente aumentando a massa de sólido por unidade de volume. Além disso, Boscov (2008) também cita que no processo de degradação ocorre a transformação da matéria sólida em líquidos e gases, que são drenados, gerando alterações no peso específico do material.
Tabela 3-2 – Resultados de peso específico de RSU
Referência Peso Específico (kN/m³)
Benvenuto e Cunha (1991) Condição drenada: 10 Condição saturada: 13 Santos e Presa (1995) Resíduos recém-lançados: 7
Após a ocorrência de recalques: 10 Kaiamoto e Cepollina (1996)
Resíduos novos, não decompostos e pouco compactados: 5 a 7
Após compactação e ocorrência de recalques: 9 a 13 Mahler e Iturri (1998) 10,5 (seção com 10 meses de alteamento)
Abreu (2000)
Resíduos soltos: 1,5 a 3,5 Resíduos mediamente densos: 3,5 a 6,5
Resíduos densos: 6,5 a 14
De Abreu (2015) Resíduos compactados in situ no aterro sanitário: 6 a 24
Os resultados obtidos por Hossain, Haque e Hoyos (2010), em reatores de escala de laboratório, na fase I (aeróbia) da degradação mostrou que o peso específico variou entre 8,5- 9,1 kN/m³, na fase II (ácida) entre 9,2-9,8 kN/m³, na fase III (aceleração da produção de metano) e na fase IV (desaceleração da produção de metano) entre 10,1-10,3 kN/m³ e 10,7- 11,2 kN/m³, respectivamente.
Composição Geral
De acordo com Barlaz, Ham e Schaefer (1990), os RSU são compostos tipicamente de 40 a 50% celulose, 10 a 15% lignina, 12% hemicelulose e 4% proteína (em base seca).
A celulose e a hemicelulose, principais componentes do RSU, são carboidratos (polissacarídeos) que correspondem por 40 a 60% da fração orgânica do RSU (em base seca) e são responsáveis por 91% do potencial de geração de gás metano (BARLAZ, HAM e SCHAEFER, 1990; BARLAZ, SCHAEFER e HAM, 1989; BURRELL et al., 2004).
Já a lignina é uma macromolécula associada à celulose que reduz a biodisponibilidade dos carboidratos, ou seja, existe uma tendência de maior biodegradação da celulose em substâncias com menor quantidade de lignina em sua composição (ELEAZER et al., 1997).
Com relação à participação da celulose e a hemicelulose no processo de biodegradação do RSU, Barlaz, Schaefer e Ham (1989) realizaram um estudo em lisímetro no qual observaram a mineralização de 71% da celulose e 77% da hemicelulose em apenas 3 dias. Esse resultado sugere que aproximadamente 25 a 40% do RSU estão disponíveis para a decomposição biológica. No entanto, de acordo com Hossain, Haque e Hoyos (2010), nas fases aeróbia (fase I) e ácida anaeróbia (fase II) da decomposição ocorre pouca ou nenhuma biodegradação da celulose e hemicelulose. Já na fase de produção acelerada de metano (fase III), a decomposição da celulose e hemicelulose é iniciada. Na fase de desaceleração da produção de metano ocorre aumento da taxa de hidrólise da celulose e hemicelulose.
Alguns estudos realizados recentemente apresentam a composição do RSU como parte integrante de um estudo mais abrangente.
Eleazer et al. (1997) realizaram um estudo para avaliar a biodegradabilidade de alguns componentes do RSU (grama, folhas, ramos, resíduo alimentar, papel revestido, jornal, caixa de papelão, papel de escritório, etc.) da cidade de Raleigh nos Estados Unidos, no qual foi obtida a composição individual de cada item conforme apresentado na Tabela 3-3.
Tabela 3-3 – Composição dos RSU da cidade de Raleigh nos Estados Unidos
Resíduo Celulose (%) Hemicelulose (%) Lignina (%) Sólidos Voláteis (%) Grama 1 26,5 10,2 28,4 85,0 Grama 2 25,6 14,8 21,6 87,8 Folhas 15,3 10,5 43,8 90,2 Ramos 35,4 18,4 32,6 96,6 Alimento 55,4 7,2 11,4 93,8 Papel revestido 42,3 9,4 15 74,6 Jornal antigo 48,5 9,0 23,9 98,5 Caixa de papelão antiga 57,3 9,9 20,8 98,2 Papel de escritório 87,4 8,4 2,3 98,6
Um estudo elaborado por Maciel e Jucá (2011) analisou as características da composição dos RSU de uma célula experimental de aproximadamente 15 dias, de uma célula experimental com menos de 1 ano e do aterro sanitário da Muribeca com idade entre 12 e 15 anos, localizado em Jaboatão dos Guararapes, estado de Pernambuco. Os resultados desse estudo são apresentados na Tabela 3-4.
Tabela 3-4 – Características da composição dos RSU
Amostra Idade Sólidos Voláteis (%) Carboidrato (%) Proteína (%) Lipídeo (%) Lignina (%)
Célula experimental ~15 dias 47,4±9,2 26,5±9,2 6,7±1,3 1,1±0,5 8,9±2,4 Célula experimental < 1 ano 28,8±9,9 24,9±6,5 3,3±0,7 1,3±1,0 11,4±5,2
Aterro Sanitário da Muribeca
12-15
anos 8,9±1,2 4,8±3,0 0,6±0,1 <0,1 7,1±2,3 Fonte: Adaptado de Maciel e Jucá (2011).