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Método do Balanço Hídrico
Conforme Lins & Jucá (2003), este ...
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Conforme Orth (1981), apud Neto et alii, (1999), a fórmula a...
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AVALIAÇÃO QUALI-QUANTITATIVA DO PERCOLADO GERADO NO ATERRO DA CATURRITA EM SANTA MARIA-RS

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  1. 1. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental III-049 - AVALIAÇÃO QUALI-QUANTITATIVA DO PERCOLADO GERADO NO ATERRO DA CATURRITA EM SANTA MARIA-RS Tiago Luis Gomes(1) Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Santa Maria. Mestrando Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Carlos Ernando da Silva(2) Engenheiro Químico pela Universidade Federal de Minas Gerais. Mestre em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas. Doutor em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas. Professor Adjunto do Departamento de Hidráulica e Saneamento, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Santa Maria. Endereço(1): Rua Tuiuti, 1330 - Centro – Santa Maria - RS - CEP: 97015-662 - Brasil - Tel: (55) 3223-4616 - e- mail: tlgomes@mail.ufsm.br, ces@ct.ufsm.br RESUMO Os resíduos sólidos se decompõem dando origem aos líquidos percolados, que constituem um problema sério relativo à degradação ambiental. A estimativa do volume de percolado em um aterro permite dimensionar sistemas adequados de tratamento, buscando minimizar o impacto gerado pela disposição de resíduos sólidos. Para a avaliação do volume de percolado gerado, utilizaram-se os métodos empíricos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço para estimar valores que correspondessem ao ajuste mais próximo à vazão real do local. Considerando séries históricas longas de dados o método Racional apresentou 31,2% de erro abaixo da vazão real, enquanto os métodos, Suíço e do Balanço Hídrico apresentaram, respectivamente, 13,0% e 34,4% de erros acima da vazão real. Utilizando séries curtas de 12 meses, os erros foram todos inferiores as vazões reais e iguais a 75,7%, 20,9% e 47,5%, respectivamente, para os métodos Racional, Suíço e Balanço Hídrico. O método Suíço foi o que melhor se ajustou a vazão real para as séries históricas longas e para as séries curtas de 12 meses, contudo o método mais apto para utilização em dimensionamentos de sistemas de tratamento de efluentes foi o método do Balanço Hídrico por não sub- dimensionar vazões para séries históricas longas e apresentar curva de tendência mais próxima da real, considerado os diversos meses. O sistema de tratamento de percolado, através de lagoas de estabilização, apresentou eficiência insuficiente para atender aos requisitos de lançamento de efluente, promovendo a degradação significativa do corpo hídrico receptor. PALAVRAS-CHAVE: Percolado, Balanço Hídrico, DBO e DQO, Aterro Sanitário, Aterro Controlado. INTRODUÇÃO A geração de resíduos sólidos apresenta-se como uma das grandes preocupações ambientais do mundo moderno. As sociedades de consumo avançam de forma a destruir os recursos naturais, e os bens, em geral, têm vida útil limitada, transformando-se cedo ou tarde em resíduos. Associado ao aumento da população, à carência de programas de gerenciamento e investimentos públicos na área de saneamento, o Brasil apresenta um quadro dramático em relação à destinação final dos resíduos sólidos. Segundo Jucá (2003), a forma de apresentação dos dados da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico 2000 sugeriu indícios exageradamente favoráveis no que se refere à quantidade de resíduos vazados nas unidades de destinação final, pois aproximadamente 73,2% de todo o resíduo coletado no Brasil estaria tendo um destino final adequado, em aterros sanitários ou controlados. Porém quando se analisam as informações tomando-se por base, o número de municípios, o efeito já não é tão favorável. Os resultados apontam que 63,1% dos municípios depositam seus resíduos em lixões, ainda sim, houve uma melhora em relação a 1991 de 13,1%, quando este percentual era de 76%. Quanto à presença de Aterro sanitário, apenas 13,7% declaram que possuem aterros sanitários, sendo superior a 1991, quando o percentual encontrava-se em 10%. A situação é mais grave nos municípios com população inferior a 20.000 habitantes, pois estes representam 73,1%. Nestes municípios, 68,5% dos resíduos gerados são vazados em locais inadequados. Em termos ambientais, a disposição inadequada dos resíduos sólidos pode contribuir para a poluição do ar, das águas, do solo, estética, bem como promover impactos negativos sobre a fauna e flora dos ecossistemas ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
  2. 2. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental locais. Em relação aos aspectos sanitários, o principal problema está na proliferação de vetores, mecânicos ou biológicos, de importância à saúde pública, capazes de transmitirem diversas enfermidades ao homem, por diferentes vias de transmissão (FNS, 1999). Os resíduos sólidos se decompõem dando origem aos líquidos percolados, que constituem um problema sério relativo à degradação ambiental. Dentro da realidade dos fatos, a questão de maior preocupação é a geração de percolado (lixiviado ou chorume) que “é uma mistura de compostos orgânicos e inorgânicos, nas suas formas dissolvidas e coloidais, formado durante a decomposição química dos resíduos, sendo um problema em potencial de contaminação das águas superficiais e principalmente subterrâneas” (Campbell, 1993, apud Neto, 1999). Segundo Ehrig (1992), o percolado, lixiviado ou chorume pode ser caracterizado como a parte líquida da massa de resíduos, que percola através desta, carreando materiais dissolvidos ou suspensos, que constituirão cargas poluidoras ao meio ambiente. O chorume é composto pelo líquido que entra na massa de resíduos, proveniente de fontes externas, tais como sistema de drenagem superficial, chuvas, lençóis freáticos, nascentes e aqueles resultantes da decomposição dos resíduos sólidos. A sua formação dá-se pela digestão de matéria orgânica, por ação de enzimas produzidas por bactérias. A função dessas enzimas é solubilizar a matéria orgânica para que a mesma possa ser assimilada pelas células bacterianas. Segundo Oliveira & Pasqual, (2000), os resíduos sólidos, inicialmente agem como uma esponja, absorvendo água, até que o material atinja um teor de umidade, conhecida como capacidade de retenção. Qualquer acréscimo de água adicional resulta na percolação de igual quantidade da massa, carreando substâncias solúveis e nocivas presentes na massa de resíduos. Entretanto Schalch, (1984) apud Oliveira & Pasqual, (2000), comentam que, devido à heterogeneidade da massa de resíduos, a percolação poderá se formar antes que a capacidade de retenção seja atingida, pois alguns dos canais da massa de resíduos podem não absorver no instante a água. O mesmo trabalho ainda faz referencia que a absorção do lixiviado é variável e depende das características do subsolo. O objetivo do presente trabalho é a análise da aplicação de métodos de balanço hídrico na estimativa do volume de percolado e avaliação da eficiência do tratamento de percolado por lagoas de estabilização. MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho foi desenvolvido no Aterro Sanitário Controlado da Caturrita, situado no município de Santa Maria – RS. O aterro está localizado a 7 km do centro da cidade, estando em atividade há cerca de 20 anos, recebendo em média 150 toneladas de resíduos sólidos urbanos por dia. A planta baixa apresentada na Figura 1 apresenta o aterro com área total de 374.435 m 2 e sua área de contribuição para o balanço hídrico de 37.429 m2 Avaliação Quantitativa do Percolado Gerado Com intuito de avaliar numericamente o valor da vazão de percolado gerado no aterro da Caturrita, utilizaram-se métodos simplificados para gerar estimativas que correspondessem à realidade do local e também medições reais da vazão para aferição dos modelos. Os métodos avaliados foram o Suíço, Racional e Balanço Hídrico com séries históricas longas e curtas. As longas com precipitações de 34 anos e evapotranspiração de 29 anos para reduzir ao máximo o erro dos métodos empíricos para estimativa de geração do percolado e as curtas com dados precipitação e evapotranspiração entre Maio de 2004 e Abril de 2005. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
  3. 3. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental ² ² ² Figura 1 – Aterro da Caturrita com sua área total e sua área de contribuição para o balanço hídrico. Os dados de Precipitação para séries longas foram obtidos da estação da Fepagro Florestas do Distrito de Boca do Monte, sendo os mesmos mensais e compreendidos entre 1970 e 2004, enquanto os parâmetros de Evapotranspiração da Embrapa compreendidos entre 1961 e 1990 (EMBRAPA, 2004). Para as séries curtas utilizaram-se dados da Fepagro entre Maio e Dezembro de 2004 e do INMET entre Janeiro e Abril de 2005 (INMET, 2005). Ambas as séries utilizam médias mensais para os históricos de dados. Para aferir os dados estimados de vazão pelos métodos simplificados, foram realizadas medições esporádicas de vazões entre Maio e Agosto de 2004, enquanto a partir de Setembro de 2004 foram realizadas duas medições diárias de vazão, uma pela manhã outra à tarde, de Segunda a Sábado. As medições foram realizadas na saída do sistema de lagoas, ponto este intitulado como Efluente. Por intermédio de uma calha Parshall, em Fibra de Vidro instalada após o sistema de lagoas. Fazia-se à leitura da lâmina deágua em centímetros e posteriormente convertia-se em vazão através da curva de calibração com sua respectiva equação. A seguir são apresentadas as descrições para utilização dos métodos empíricos na estimativa do volume de percolado gerado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
  4. 4. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Método do Balanço Hídrico Conforme Lins & Jucá (2003), este é um método que permite estimar o percolado baseado em um fluxo unidimensional, na conservação de massa, e nas características de transmissão e retenção da cobertura do solo, como apresentado na equação 1. P + U w = E + G + L + R + ∆U w + ∆U s equação (1) onde: P = Precipitação; Uw = Água vinda com o lixo (contribui apenas uma vez no balanço hídrico); E = Evaporação; G = Vapor d’água que sai com os gases; L = Água que sai como percolado; R = Escoamento superficial (runoff); ∆Uw = Água absorvida ou retida pelo lixo; ∆Us = Água absorvida ou retida pela camada de cobertura. A precipitação e a evaporação podem ser obtidas com boletins meteorológicos. Enquanto que o escoamento superficial, a infiltração e o armazenamento são obtidos empiricamente com o auxílio de tabelas. A obtenção da estimativa de vazão de percolado e os parâmetros meteorológicos e outros dados utilizados neste método podem ser verificados no Tabela 1, Tabela 2 e Tabela 3: Tabela 1 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o método do Balanço Hídrico. PARÂMETROS MODO DE OBTENÇÃO Precipitação (P) Boletins Pluviométricos. Evaporação Potencial (EP) Boletins Hidrometeorológicos. Valores empíricos tabelados que dependem do tipo de solo e Escoamento Superficial (ES) sua declividade (ES = C' x P). Obtido através da subtração da Precipitação pelo Escoamento Infiltração (I) Superficial. I – EP (1) Diferença entre a água que infiltra e a que evapora. S (NEG (I – EP)) (2) Calculado somando os valores negativos de (I – EP). Multiplicando-se o valor disponível da água p/ cada solo pela Armazenamento de Água no Solo de espessura deste, quando (I-EP) > 0. cobertura (AS) (3) Quando o solo estiver abaixo da capacidade de campo, (I-EP) < 0, obtém-se AS empiricamente. Variação no armazenamento de água Diferença entre a água armazenada no solo, de um mês para o no solo (∆ AS) outro (∆ AS = ASn – ASn-1). Quando (I – EP) > 0, então ER = EP e quando (I – EP) <0, Evaporação real (ER) então ER = [EP + (I – EP) - D AS]. Percolação em mm (PER) PER = P – ES – AS – ER. Vazão mensal em l/s (QM) QM = (PER x ÁREA DO ATERRO) /259200 Observações: (1) Um valor negativo deste item indica perda potencial de água no solo e um valor positivo indica uma recarga de água no solo de cobertura. Quando a capacidade de campo do solo é atingida, esta água passará a percolar através da massa de lixo. (2) São adicionados os valores negativos de (I-EP) a partir do ultimo mês que apresente valor positivo deste parâmetro. (3) Quantidade de água que pode ser retida no solo e que influencia no fluxo de percolado. Depende basicamente do tipo, estrutura, capacidade de campo e profundidade do solo. Fonte: (Adaptado de Fenn et alii, 1975, apud Neto et alii, 1999). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
  5. 5. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Tabela 2 – Coeficiente de escoamento superficial (C’) para aplicação do método do Balanço Hídrico. Coeficiente C' Tipo de Solo Declividade Estação Seca Estação Úmida 0 a 2% 0,05 0,10 Arenoso 2 a 7% 0,10 0,15 0 a 2% 0,18 0,17 Argiloso 2 a 7% 0,18 0,22 Fonte: (Fenn et alii, 1975, apud Neto et alii, 1999) Tabela 3 – Umidade do solo (mm de água/m de profundidade de solo). Capacidade de Campo Ponto de Murchamento Água Disponível Tipo de Solo (mm/m) (mm/m) (mm/m) Arenoso 200 50 150 Siltoso 300 100 200 Argiloso 375 125 250 Fonte: (Fenn et alii, 1975, apud Neto et alii, 1999) Método Racional Segundo Wilken (1978) apud Castro (2001) e citado por Lins (2003), o cálculo da vazão superficial por este método baseia-se em três parâmetros: área da bacia de contribuição; intensidade e duração das chuvas e o coeficiente de escoamento, conforme Equação 2 abaixo: Q = C.i .A equação (2) Onde: Q = vazão superficial máxima (L/s ou m3/s); C = coeficiente de escoamento ou “runoff”, relação entre o pico de vazão e a chuva média sobre a área receptora; i = intensidade média da chuva (L ou m3 por ha/s); A = área da bacia receptora da chuva (ha). Entretanto, para obter a parcela da precipitação que infiltra, deve-se subtrair o volume total precipitado sobre a área do aterro, do volume escoado, que é calculado pelo método racional, dentro do mesmo intervalo de tempo. Devendo, deste resultado, subtrair a parcela de água evapotranspirada. Tem-se, portanto a fórmula algébrica mostrada na Equação 3. Q= [ ( P − ES ) − EP ] .A equação (3) t Onde: Q = Vazão do percolado em litros por segundo; P = Precipitação média mensal, em milímetros; EP = Evaporação Potencial, em milímetros; A = Área de contribuição em metros quadrados; t = Número de segundos em 1 mês (2592000 s); ES = (P x C) = Escoamento superficial, em milímetros; C = Coeficiente de escoamento superficial ("run-off", adimensional). Método Suíço Este é um método de formulação semelhante ao Método Racional, entretanto não considera os efeitos da evaporação potencial. Segundo Neto et alii. (1999), é um método bem simples, mas deixa a desejar no que diz respeito à precisão. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5
  6. 6. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Conforme Orth (1981), apud Neto et alii, (1999), a fórmula algébrica para a aplicação do método suíço, onde se estima a vazão de percolado é mostrada na Equação 4, e na Tabela 4 dos valores de K para aplicação do método. Q= ( P.A.K ) equação (4) t onde: Q = Vazão média do percolado em litros por segundo; P = Precipitação média mensal (mm); A = Área total do aterro (m2); t = Número de segundos em 1 mês que é de 2592000 segundos; K = Coeficiente que dependente do grau de compactação dos resíduos sólidos urbanos. Foi considerado para o estudo de Lins & Jucá (2003) K = 0,5. Tabela 4 - Valores de K para aplicação no Método Suíço. Tipo de Aterro Peso Específico do Lixo K Aterros Fracamente Compactados 0,4 a 0,7 ton/m³ 0,25 a 0,50 Aterros Fortemente Compactados Acima de 0,7 ton/m³ 0,15 a 0,25 Fonte: (Orth, 1981, apud Neto et alii, 1999). Avaliação Qualitativa do Percolado O monitoramento do sistema de tratamento de percolado e do impacto do lançamento do percolado no corpo receptor (Arroio Ferreira) foi realizado através de coletas quinzenais na entrada e na saída do sistema de tratamento (lagoas de estabilização) e a montante e a jusante do ponto de lançamento. As variáveis de qualidade monitoradas são: DBO, DQO, pH, Sólidos Totais e Suspensos, Oxigênio Dissolvido, Turbidez e Condutividade Elétrica. Os procedimentos analíticos utilizados estão preconizados no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th ed. (APHA; AWWA; WPCF, 1995) e foram realizados no Laboratório de Saneamento Ambiental do HDS/UFSM. A Figura 2 apresenta a fotografia da área de estudo, identificando os pontos de monitoramento. A eficiência do sistema de tratamento de percolado foi avaliada em termos da remoção de matéria orgânica (DBO e DQO). O impacto do lançamento do efluente do sistema de tratamento foi avaliado considerando a Resolução CONAMA N. 357/05 (Brasil, 2005) e a Portaria SSMA/RS N. 05/89 (RS, 1989). RESULTADOS Resultados Quantitativos do Percolado Gerado Obtiveram-se os resultados quantitativos do percolado por intermédio da estimativa de geração da vazão de efluentes no aterro da Caturrita, estes baseados na utilização de métodos empíricos: o Método do Balanço Hídrico, o Método Racional e o Método Suíço. Para aferição dos métodos empíricos, mediu-se na calha Parshall as vazões reais efluentes do sistema de lagoas. A tabela 5 apresenta a síntese dos valores medidos durante o período de monitoramento. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6
  7. 7. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Fonte:(Secretaria Municipal de Gestão Ambiental de Santa Maria, 2003). Figura 2 – Sistema de Lagoas de estabilização para tratamento de percolado e pontos no corpo receptor de efluentes no aterro da Caturrita. Tabela 5 - Vazão medida na calha Parshall, quantidade de amostragens e percolação para os respectivos meses. Vazão Média Medida Número de Amostragens Mês Percolação (mm) na Calha (m3/dia) no Mês mai/04 48,9 1 39,2 jun/04 31,6 2 25,4 jul/04 46,8 3 37,5 ago/04 77,8 2 62,4 set/04 68,3 32 54,7 out/04 35,7 52 28,6 nov/04 77,9 52 62,4 dez/04 2,3 54 1,8 jan/05 0,0 50 0,0 fev/05 0,0 48 0,0 mar/05 0,0 54 0,0 abr/05 58,7 52 47,1 Para estimar a vazão de percolado para séries históricas longas pelo método do Balanço Hídrico, utilizou-se os seguintes coeficientes mostrados na Tabela 6 e o seu respectivo modo de obtenção. Na estimativa de séries curtas foram utilizados os mesmos coeficientes da Tabela 6, entretanto com boletins pluviométricos e hidrometeorológicos entre Maio de 2004 e Abril de 2005. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7
  8. 8. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Tabela 6 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método do Balanço Hídrico. PARÂMETROS MODO DE OBTENÇÃO Precipitação (P) Boletins Pluviométricos FEPAGRO (1970 – 2004). Evaporação Potencial (EP) Boletins Hidrometeorológicos EMBRAPA (1961 – 1990) Para C’ utilizou-se 0,15 e 0,18 com inclinação de 2 a 7%, para Escoamento Superficial meses secos e úmidos respectivamente, visto que são valores (ES = C’ x P) intermediários entre solo Argiloso e Arenoso, pois o solo local é um Silte Argiloso. Obtido através da subtração da Precipitação pelo Escoamento Infiltração (I) Superficial. I – EP Diferença entre a água que infiltra e a que evapora. S (NEG (I – EP)) Calculado somando os valores negativos de (I – EP). Armazenamento de Água no Foi obtido o valor de 120 mm e o desenvolvimento da seqüência Solo de cobertura (AS) para meses de déficit, conforme tabela da revisão bibliográfica. Variação no armazenamento de Diferença entre a água armazenada no solo, de um mês para o outro água no solo (∆AS) (∆AS = ASn – ASn-1). Quando (I – EP) > 0, então ER = EP e quando (I –EP) <0, então ER Evaporação real (ER) = [EP + (I – EP) - ∆AS]. Percolação em mm (PER) PER = P – ES – AS – ER. Vazão mensal em m3/dia (QM) QM = ((PER x 37429) /2592000) *3,6*24 Fonte: (adaptado de Lins, 2003) Igualmente ao Balanço Hídrico, para o Método Racional foram utilizados os coeficientes da tabela 7, diferenciando as séries longas das curtas pelos dados pluviométricos e hidrometeorológicos. Tabela 7 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método Racional. PARÂMETROS MODO DE OBTENÇÃO Precipitação (P) Boletins Pluviométricos FEPAGRO (1970 – 2004). Evaporação Potencial (EP) Boletins Hidrometeorológicos EMBRAPA (1961 – 1990) Área de contribuição para o A = 37429m2 Balanço Hídrico (A) Número de segundos em 1 mês t = 2592000 segundos (t) c = 0,4 considerando aterro com cobertura de solo exposto, Coeficiente de escoamento declividade entre 0 e 5% e textura do solo entre uma areia e um superficial (c) silte argiloso. Escoamento Superficial Escoamento Superficial em mm, depende da precipitação do mês. (Es = P x c) Vazão em m3/dia (Q) Q = {[(P - Es – EP) x A] / t} x 86,4 Para o Método Suíço os coeficientes que foram utilizados estão na Tabela 8, igualmente aos métodos anteriores realizaram-se estimativas para séries históricas longas e curtas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8
  9. 9. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Tabela 9 - Parâmetros e o respectivo modo de obtenção para o Método Suíço. PARÂMETROS MODO DE OBTENÇÃO Precipitação (P) Boletins Pluviométricos FEPAGRO (1970 – 2004). K = 0,25, considerando aterro de fracamente a fortemente Grau de Compactação (K) compactado. Área de contribuição para o A = 37429m2 balanço hídrico (A) Número de segundos em 1 mês t = 2592000 segundos (t) Vazão em m3/dia (Q) Q = [(P x A x K) / t] x 86,4 Com os resultados obtidos para as séries históricas longas e curtas fizeram-se comparações das vazões estimadas entre os três métodos. Basicamente utilizaram-se gráficos de avaliação de erros para as análises. Conforme os mesmos, fez-se à tendência linear, sendo a que melhor ajusta a série de dados. Na seqüência inseriram-se os dados de vazão calculada para os métodos empíricos, no eixo dos “x” e os da vazão medida no eixo dos “y”. Os gráficos de avaliações de erros são apresentados nas Figuras 3 e 4, respectivamente, para séries históricas longas e curtas de precipitação e evapotranspiração 120,0 Vazão Real (m3/dia) 90,0 60,0 30,0 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 Vazão Estimada (m3/dia) Racional Suiço Balanço Hídrico Figura 3 – Avaliação de erros dos métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço para séries históricas longas. 160,0 Vazão Real (m3/dia) 120,0 80,0 40,0 0,0 0 40 80 120 160 Vazão Estimada (m3/dia) Racional Suiço Balanço Hídrico Figura 4 – Avaliação de erros dos métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço para séries históricas curtas. Com o cálculo estimativo para séries históricas longas e curtas chegou-se a Tabela 10, baseada nos gráficos das Figuras 2 e 3 de avaliação de erros, sintetizando as avaliações para séries históricas de dados longas e curtas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9
  10. 10. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Tabela 10 - Resultado da avaliação quantitativa através dos métodos empíricos para séries longas e curtas e a vazão real medida na calha. Método Medida Método Racional Método Suíço MÊS Balanço Hídrico na Calha (m /dia) 3 (m /dia) 3 (m3/dia) (m3/dia) Longa Longa Longa Curtas Curtas Curtas Real s s s Jan 0,0 0,0 45,3 22,3 0,0 0,0 0,0 Fev 0,0 0,0 38,3 11,8 0,0 0,0 0,0 Mar 0,0 0,0 44,2 49,6 0,0 0,0 0,0 Abr 27,9 83,1 46,5 67,4 74,4 150,5 58,7 Mai 32,4 19,5 37,4 27,9 65,3 44,0 48,9 Jun 72,2 6,1 44,6 21,2 111,4 24,8 31,6 Jul 71,9 0,0 46,1 19,9 112,4 15,9 46,8 Ago 40,0 0,0 36,4 20,8 72,0 0,0 77,8 Set 39,5 0,0 41,4 24,7 80,9 0,0 68,3 Out 24,3 0,0 47,6 26,0 71,9 0,0 35,7 Nov 0,0 0,0 39,7 40,2 13,8 0,0 77,9 Dez 0,0 0,0 38,9 22,7 0,0 0,0 2,3 Média dos Meses 25,7 9,1 42,2 29,5 50,2 19,6 37,3 Somatório Anual 308,2 108,7 506,3 354,3 602,2 235,2 448,1 R^2 0,20 0,06 0,03 0,04 0,33 0,06 1,00 Erro Médio -31,2% -75,7% 13,0% -20,9% 34,4% -47,5% 0,0% 128,1 252,2 Erro Máximo % 80,7% 1594% 887,9% % 156,2% - Erro Mínimo 0,0% 0,0% 1,6% 14,7% 0,0% 0,0% - Os valores encontrados na Tabela 10 nas séries históricas longas são resultados dos melhores ajustes dos coeficientes de cada método, baseados em características locais do aterro da Caturrita. De posse do melhor ajuste para séries históricas longas foi possível à calibração e conseqüente utilização dos coeficientes para séries históricas curtas da Tabela 10, no caso entre Maio de 2004 e Abril de 2005. Nas Figuras 5 e 6, percebe-se a discrepância da estimativa dos métodos empíricos para as séries, quando agrupados graficamente ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 10
  11. 11. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 120,0 90,0 m3/dia 60,0 30,0 0,0 I R V R Z T L N T N V O A JU E U E O A FE B JU JA G M M ês D S M A O N A Racional Vazão Real Balanço Hídrico Suiço Figura 5 – Resultados dos métodos empíricos e a Vazão Real para as séries históricas longas de dados. 150,0 120,0 90,0 m3/dia 60,0 30,0 0,0 AI AR EZ N N V R O L T V T JU SE FE U JU O AB JA AG M D M O Mês N Vazão Real Suiço Balanço Hídrico Racional Figura 6 – Resultados dos métodos empíricos e a Vazão Real para as séries históricas curtas de dados. Os erros médios para os métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço, foram respectivamente, 31,2%, 13,0% e 34,4%, considerando séries longas. O segundo e o terceiro acima da vazão real e o primeiro abaixo. Para séries curtas os erros médios calculados foram de 75,7%, 20,9% e 47,5%, respectivamente para os métodos Racional, Suíço e Balanço Hídrico. Os três inferiores a vazão real medida. A explicação pode estar no fato dos métodos não considerar variáveis importantes como a capacidade de campo e a umidade dos resíduos ou ainda o grau de compactação se tomados os métodos Racional e Balanço Hídrico. Conforme os resultados, é importante expor que o trabalho de avaliação quantitativa do percolado gerado, trás consigo algumas limitações que podem ter influenciado na vazão real do sistema. Pode-se citar que: • O aterro não apresenta impermeabilização lateral, isto é, parte da precipitação escapa dos limites da área e as lagoas não recebem em totalidade os líquidos percolados; • Parcelas dos lixiviados são infiltradas no solo na base do aterro pela ausência de impermeabilização de fundo, seja por argila ou geomembrana; ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 11
  12. 12. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental • A calha Parshall foi instalada a Jusante do sistema de lagoas no ponto efluente. Para corresponder melhor a vazão real, a sua instalação deveria ocupar o ponto afluente, entretanto, a lagoa 01 recebia no período de instalação dois tributários de drenagem provenientes do aterro segmentando as vazões; • Para os meses de Dezembro de 2004 a Março de 2005 obteve-se vazão nula pela ausência ou insuficiência de percolação entre as lagoas. Neste período a calha Parshall permaneceu sem a presença de lâmina d’água. Este fato pode ser explicado pelo somatório dos efeitos de evaporação nas lagoas adicionado a possível existência de pontos de infiltração na manta, sendo estes superiores a vazão de entrada no sistema no ponto afluente. Em observações durante as coletas verificava-se a presença de vazão afluente entrando na lagoa 01; • O aterro ainda esta em operação de destinação final de resíduos, o que não é recomendável na aplicação de modelos que simulam geração de percolado. Resultados Qualitativos do Percolado Gerado O monitoramento qualitativo do percolado foi realizado no período de agosto/2003 a março/2005. A Tabela 11apresenta a síntese dos resultados. Os elevados valores de pH (média de 7,89) e relação DBO/DQO de 0,46 observado no afluente do sistema de tratamento, sugere que os processos de degradação do percolado no aterro encontram-se no fim da fase acidogênica e início da fase metanogênica. Apesar da variabilidade das concentrações das variáveis monitoradas, o pH sempre apresentou valores superiores a 7,0. O resultado da eficiência na remoção de matéria orgânica pelo sistema de tratamento por Lagoas de Estabilização é apresentado na Figura 7. Observa-se uma variabilidade significativa no percentual de remoção de matéria orgânica. A eficiência média foi de 68,5% na remoção de DBO e 57,7% para a DQO. , enquanto que os máximos e mínimos foram de 96,29% e 0,35% para a DBO e 98,40% e 2,73% para DQO, respectivamente. Essa variabilidade pode estar associada à precariedade operacional do aterro e em especial às mudanças realizadas no ao sistema de drenagem do percolado que ocorreram ao longo do período de estudo. 100 75 Remoção (%) 50 25 DBO DQO 0 28/6/2003 14/1/2004 1/8/2004 17/2/2005 5/9/2005 Figura 7 – Eficiência de remoção de DBO e DQO pelo sistema de lagoas de estabilização para o histórico de dados de coleta. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 12
  13. 13. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Tabela 11 – Síntese dos resultados do monitoramento qualitativo para a média de concentrações, desvio padrão, máximos e mínimos. Desvio Variável Unidade Ponto Média Mínimo Máximo Padrão Afluente 2202,13 1641,74 352,96 5610,30 Efluente 390,47 232,91 153,15 1088,22 DBO5,20 mg/L Montante 7,94 17,15 0,45 83,44 Jusante 72,85 72,35 0,75 226,63 Afluente 4569,24 2954,61 1746,03 13130,00 Efluente 1402,79 531,95 112,2 2883,40 DQO mg/L Montante 19,25 26,95 1,626 115,05 Jusante 210,26 175,36 4,23 666,66 Afluente 7,89 0,32 7,10 8,39 Efluente 8,43 0,55 7,65 9,83 pH - Montante 6,96 0,38 6,06 7,66 Jusante 7,63 0,50 6,93 8,33 Afluente 291,8 125,9 94,6 538,5 Efluente 160,1 76,9 38,5 348,1 Turbidez NTU Montante 95,8 125,5 21,2 521,5 Jusante 114,1 121,4 21,2 502,2 Afluente 1,04 1,50 0,00 5,54 Oxigênio Efluente 2,19 1,49 0,21 5,60 mg/L Dissolvido Montante 7,15 1,65 4,30 11,10 Jusante 5,54 1,93 1,55 9,89 Afluente 11667,8 4606,1 4710,0 19420,0 Condutividade µS/cm Efluente 5687,3 1845,3 2050,0 11610,0 Elétrica Montante 49,8 30,6 23,0 162,8 Jusante 865,0 859,6 48,9 2970,0 Afluente 6488,0 3881,2 5,8 17300,0 Efluente 3185,8 821,4 142,7 4255,0 Sólidos Totais mg/L Montante 239,1 303,0 71,0 1204,0 Jusante 718,8 460,9 87,2 1676,0 Afluente 218,1 194,3 20,5 790,0 Sólidos Efluente 90,4 57,0 17,2 226,7 mg/L Suspensos Montante 118,0 180,7 9,2 576,0 Jusante 165,0 239,1 11,4 838,0 A Figura 8 apresenta a situação do lançamento do efluente do sistema de tratamento do percolado frente à Portaria SSMA N. 01/89. Verifica-se que em 92 % das ocorrências o efluente apresentou valores de DBO acima do limite máximo de 200 mg/L. Situação semelhante é observada para o parâmetro DQO, que apresenta um limite máximo de 450 mg/L. O impacto deste lançamento promove a degradação significativa do corpo hídrico receptor (Arroio Ferreira), alterando bruscamente a concentração de DBO5,20 de 7,94mg/L a montante para 72,85mg/L a jusante, considerando valores médios. Considerando que os corpos hídricos da bacia hidrográfica da área em estudo não foram submetidos ao processo de enquadramento, considera-se que os mesmos devam atender aos requisitos de qualidade da classe 2 (Brasil, 2005). Verifica-se que o corpo hídrico já apresenta uma situação desfavorável em relação à DBO e o lançamento promove uma degradação total do mesmo. Apesar do oxigênio dissolvido, a jusante do ponto de lançamento, apresentar um valor médio relativamente elevado (5,54 mg/L), acredita-se que este valor decresça rapidamente ao longo do percurso do corpo hídrico pela intensificação dos processos de estabilização da matéria orgânica, podendo chegar a uma condição de anaerobiose. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 13
  14. 14. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1000 Efluente - DBO Limite SSMA 05/89 800 DBO - mg/L 600 400 200 0 28/7/2003 13/2/2004 31/8/2004 19/3/2005 Figura 8 – Perfil da concentração do efluente do sistema de tratamento de percolado. CONCLUSÕES O método empírico que mais se aproximou da vazão real do aterro da Caturrita foi o Suíço, considerando a série histórica longa de dados de precipitação de 34 anos e de evapotranspiração de 29 anos, com erro médio de 13,0% acima da vazão real. Para o período compreendido entre Maio de 2004 e Abril de 2005 de séries curtas também o método Suíço foi o que conseguiu o melhor ajuste com erro percentual médio de 20,9% abaixo da vazão real. Entretanto o método Suíço distribui uniformemente suas vazões durante o ano, com isso não se aproxima das curvas de tendências da medida real, prejudicando a qualidade da simulação mês a mês; Para vazões mensais o método Suíço sempre irá estimar geração de percolado, visto que desconsidera importantes variáveis como a evapotranspiração; O método do Balanço Hídrico mostrou-se apto para utilização de dimensionamentos de sistemas de tratamento de efluentes, pois apresentou erro médio calculado em 34,4% acima da vazão real de efluentes para a série histórica. Em caso de instalação de lagoas de tratamento superestimaria o volume e a área útil, tratando o percolado com maior eficácia do que um sistema sub-dimensionado por aplicação inadequada de método. A opção pelo super-dimensionamento estaria vinculado a maior demanda de recursos financeiros e técnicos assim como disponibilidade de área útil para instalação; O balanço hídrico para Santa Maria – RS não apresenta déficit hídrico para séries históricas, independentemente do mês avaliado, contudo, isto é possível apenas se não analisarmos os eventos meteorológicos por probabilidades de ocorrência, onde certamente verificaríamos em algumas situações deficiência hídrica, bem como verificado na série analisada entre Maio de 2004 e Abril de 2005. O ponto de Montante ao Arroio Ferreira, eventualmente, apresenta indícios fracos de contaminação. Quando ocorrem chuvas há uma elevação nos sólidos e na concentração de DBO e DQO, podendo atingir níveis de concentrações superiores a 80mg/L para a DBO e 115mg/L para DQO; Os processos de degradação do percolado no aterro da Caturrita encontram-se no fim da fase acidogênica final, visto que o valor da relação DBO/DQO é de 0,46, bastante próximo a 0,40 (limite entre a acidogênese e a metanogênese, referenciado por Kjeldsen, 2002) e também pelo fato do pH mostrar-se em média igual a 7,89 (ponto afluente) fora da faixa de acidez e dentro da faixa metanogênica (faixa de acidez pH < 7,0); O aterro da caturrita se encontra na fase de transição entre metanogênica e acidogênica, não estando dentro dos limites considerados da metanogênese pelo fato de haver mistura entre o lixo novo e o velho. Os ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 14
  15. 15. 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental resíduos antigos elevam a concentração de matéria orgânica presente no lixo, aumentando, assim, o valor da razão DBO/DQO; A cobertura mal executada ou inexistente, também pode ter interferido na qualidade do percolado gerado, juntamente com a previsão das vazões pelos métodos simplificados. Fatores de operação do aterro como ligação de novas células aos drenos de percolado podem ter contribuído na oscilação da DBO e DQO para o ponto Afluente, encontrando-se desde máximos de 5610,30mg/L e 13130mg/L os mínimos de 352,96mg/L e 1746,03mg/L, respectivamente; A eficiência média do sistema de lagoas de tratamento ficou em 68,5% na avaliação da DBO, o que é insuficiente, uma vez que a média de concentração do local é de 390,47mg/L (ponto efluente), sendo que para atender a Portaria SSMA-RS 05/89 seria necessário uma concentração inferior a 200mg/L. Uma maneira de concretizar esta possibilidade consistiria em aumentar a área e o volume úteis com maior número de lagoas, incrementar sistemas de aeração e adição química, dentre outros. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AMERICAM PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for the examination of water and wastewater. 19th ed. Washington, APHA/AWWA/WPCF, 1995. 2. BRASIL. Resolução CONAMA No 357/2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, 08 mar., Seção 1. Brasília, 2005. 3. CAPELO NETO, J.; MOTA, S.; SILVA, F. J. A. Geração de Percolado em Aterro Sanitário no Semi-Árido Nordestino. Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 4, n. 3, p. 160 – 167, 1999. 4. EMBRAPA. Banco de Dados Climáticos do Brasil. Disponível em: <http://www.bdclima.cnpm.embrapa.br/resultados/>. Acesso em: 08 nov.2004. 5. EHRIG, H. J., Cantidad y Contenidos de Lixiviados de Rellenos de Desechos Domésticos, In: Proyecto CEPIS/GTZ Fortalecimiento Técnico de CEPIS, San José, Costa Rica, (1992). 6. FNS .- Fundação Nacional de Saúde – Ministério da Saúde. 1999. Manual de saneamento. 3a edição. Brasília/DF. 7. INMET - Instituto Nacional de Meteorologia. Agrometeorologia - Balanço Hídrico. Disponível em: <http://reia.inmet.gov.br/agrometeorologia/agro_menu.php?opc=4>. Acesso em: 28 mar.2005. 8. JUCÁ, J. A. T. A Disposição Final de Resíduos Sólidos Urbanos no Brasil . In: V CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOTECNIA AMBIENTAL – REGEO’2003. Porto Alegre/RS, 2003 9. KJELDSEN, P. et alii. Present and Long-Term Composition of MSW Landfill Leachate: A Review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, (2002). Disponível em: <http://www.sciencedirect.com >. Acesso em: 8 Set. 2003. 10. LINS, E. A. M. A Utilização da Capacidade de Campo na Estimativa do Percolado Gerado no Aterro da Muribeca. 2003. 142f. Dissertação (Mestrado em Ciências em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Dezembro de 2003. 11. LINS, E. A. M. A & JUCÁ, J. A. T. A Utilização de Métodos Empíricos para a Estimativa do Percolado Gerado no aterro da Muribeca. In: XXII CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. Anais..., Joinvile, 14 a 19 Setembro de 2003. 12. OLIVEIRA, S. DE & PASQUAL, A. Monitoramento do Lixiviado de Aterro Sanitário. In: XXVII CONGRESSO INTERAMERICANO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. Anais..., Porto Alegre, 3 a 8 Dezembro de 2000. 13. RIO GRANDE DO SUL. Portaria SSMA n. 05/1989. Aprova a Norma Técnica SSMA N.º 01/89 – DMA, que dispõe sobre critérios e padrões de efluentes líquidos a serem observados por todas as fontes poluidoras que lancem seus efluentes nos corpos d’água interiores do estado do Rio Grande do Sul.. Porto Alegre, 1989. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 15

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