Avaliação dos parâmetros cinéticos da geração de metano em uma célula experimental de resíduos sólidos / Evaluation of kinetic parameters for methane generation in a solid waste test cell

RESUMO O presente trabalho avalia os parâmetros cinéticos de modelos de primeira ordem (exponenciais) para geração de metano em aterros sanitários na região subtropical de São Paulo (SP). Construiu-se uma célula experimental especialmente para esse objetivo. A função resposta temporal da célula para geração de metano devido a uma deposição de resíduos sólidos urbanos (RSU) foi obtida ao longo de 600 dias. O tempo necessário para iniciar a geração de metano foi de 190 dias. Entre o 400º e o 500º dia após a deposição dos resíduos houve uma fase de elevada taxa de geração de metano e, após o 560º dia, esta começou a diminuir de forma relevante. Os parâmetros cinéticos potencial de geração de metano (L) e constante de biodegradação para geração de metano (k) foram inferidos por meio de ajustes do modelo de primeira ordem à função resposta obtida experimentalmente e utilizando informações de composição dos RSU. Os valores obtidos para L e k para biodegradação rápida (nos primeiros 3 anos) foram, respectivamente, 1.481±1.072 mol t-1 RSU e 0,18±0,13 ano-1. Os valores obtidos para L e k considerando biodegradação rápida e lenta (até dezenas de anos) foram 3.835 mol t-1 RSU e 0,069±0,002 ano-1 e 5.027 mol t-1 RSU e 0,052±0,002 ano-1, respectivamente, dependendo da metodologia utilizada para a determinação de L. Os resultados obtidos na célula experimental indicam que a biodegradação dos RSU em Caieiras (SP) ocorre rapidamente, isto é, com valores maiores para k e menores para L do que aqueles sugeridos na literatura. Esses resultados indicam possível redução da longevidade dos projetos de aproveitamento energético do metano em aterros sanitários em regiões tropicais e subtropicais. Ao final são feitas recomendações para a escolha de L e k para dimensionamento de projetos de aproveitamento energético e para avaliações e remediações ambientais.

ABSTRACT This work evaluates the kinetic parameters of first order (exponential) models for methane generation in sanitary landfills in the subtropical region of São Paulo, SP. Specially for this purpose, a test cell was built. The temporal response function for the test cell's methane generation was obtained over 600 days due to placement of municipal solid waste (MSW). The time required to start the methane generation was 190 days. Between the 400th and 500th day after the MSW placement there was a period of high methane generation rate, and after the 560th day it began to decrease. The kinetic parameters methane generation potential (L) and biodegradation constant for methane generation (k) were inferred through fittings of the first order model to the experimental response function and using MSW composition information. The values obtained for L and k for fast biodegradation were respectively 1,481±1,072 mol t-1 MSW and 0.18±0.13 year-1. The values obtained for L and k considering fast and slow biodegradation were 3,835 mol t-1 MSW and 0.069±0.002 year-1 and 5,027 mol t-1 RSU and 0.052±0.002 year-1, respectively, depending on the methodology used for determining L. The results obtained in the test cell indicate that the biodegradation of municipal solid waste in Caieiras occurs rapidly, i.e., with higher values for k and lower values for L than those suggested in the literature. These results indicate a possible reduction in the longevity of energy generation projects through methane recovery in landfills located in tropical and subtropical regions. Finally, we present recommendations for choosing L and k for sizing energy recovery projects and for undertaking environmental assessments and remediation.

Microbiologia de resíduos sólidos urbanos e sua relação com a deformação vertical da massa aterrada / Microbiology of municipal solid waste and its relation to the vertical deflection of the mass grounded

Em aterros de resíduos sólidos urbanos, os recalques – ou redução da altura e volume da massa de resíduos – ocorrem, principalmente, devido à degradação da matéria orgânica por microrganismos. O objetivo deste trabalho é analisar os recalques sob o aspecto microbiológico em uma célula experimental de resíduos sólidos urbanos localizada na Universidade Federal de Campina Grande, na Paraíba. O estudo abrangeu as etapas de construção, coleta, amostragem e enchimento da célula experimental com os resíduos sólidos de três bairros da cidade, baseados no critério de condição social, de modo a se obter uma amostra de resíduos representativa. A célula experimental foi instrumentada com medidores de recalque superficial e em profundidade para leitura do deslocamento vertical da massa aterrada. Foram observados ciclos de recalques seguidos de recalques zero, que são períodos de atividade microbiana intensa com aumento de vazios progressivos. De acordo com os estudos desenvolvidos neste trabalho, os recalques no interior da massa de resíduos devem ser compreendidos como resultado de atividade microbiana e comportamentos mecânicos, pois os períodos de recalques zero são consequência de atividade microbiana, bem como os períodos de recalques propriamente ditos.

In municipal solid waste landfills, the settlements – or reduction of height and volume of the solid waste mass – occur especially due to organic matter degradation by microorganisms. The purpose of this paper is to analyze the settlements according to the microbiological aspect in an experimental cell of municipal solid waste located in the Federal University of Campina Grande, Paraíba, Brazil. This study involved several stages as construction, collection, sampling and filling the experimental cell with the solid waste originated from three districts of Campina Grande city based on the criterion of social condition and in this way getting a representative solid waste sample. The experimental cell was instrumented with superficial and in depth settlements plates for the reading of vertical displacement landfilled mass. Cycles of settlements followed by zero settlements – periods of intense microbial activities and with an increase of progressive empty spaces – were observed. According to the studies developed in this paper, the settlements in the interior of the waste mass must be understood as the result of microbial activity and mechanical behavior, since the periods of zero settlements are a consequence of the microbial activity as well as the settlements periods.