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.

Assessment of methane generation, oxidation, and emission in a subtropical landfill test cell.

This paper presents results of a methane balance assessment in a test cell built in a region with a subtropical climate near São Paulo, Brazil. Measurements and calculations were carried out to obtain the total methane emission to the atmosphere, the methane oxidation rate in the cover, and the total methane generation rate in the test cell. The oxidation rate was obtained through a calculation scheme based on a vertical one-dimensional methane transport in the cover region. The measured maximum and mean methane fluxes to the atmosphere were 124.4 and 15.87 g m(-2) d(-1), respectively. The total methane generation rate obtained for the test cell was 0.0380 ± 0.0075 mol s(-1). The results yielded that 69 % of the emitted methane occurred through the central well and 31 % through the cover interface with the atmosphere. The evaluations of the methane oxidation fraction for localized conditions in the lateral embankment of the test cell yielded 0.36 ± 0.11, while for the whole test cell yielded 0.15 ± 0.10. These results conciliate localized and overall evaluations reported in the literature. The specific methane generation rate obtained for the municipal solid waste with an age of 410 days was 317 ± 62 mol year(-1) ton(-1). This result from the subtropical São Paulo region is lower than reported figures for tropical climates and higher than reported figures for temperate climates.

Avaliação das emissões superficiais do gás de aterros sanitários de grande porte / Evaluation of surface emissions of gas from large landfills

O presente trabalho apresentou os resultados das emissões de biogás pela superfície de dois aterros sanitários de grande porte. O trabalho consistiu na análise da fuga de biogás na superfície do aterro, por meio de uma placa de fluxo e análise laboratorial. A emissão média total no Aterro Bandeirantes foi de 0,00126 m³.CH4.m-2.h-1 e no Aterro Caieiras de 0,01222 m³.CH4.m-2.h-1. Com estes resultados foi possível determinar a fuga de biogás em ambos os locais. No Aterro Bandeirantes a fuga total de biogás representou 16% e no Caieiras, 35%. As conclusões demonstraram que há uma perda significativa de biogás pela superfície dos dois aterros, comprometendo assim a eficiência do sistema de captação para aproveitamento do biogás.

The present work showed the results of the biogas surface emissions from two large landfills. The study methodology consisted on escaping biogas analysis on the landfill surface, through the flux box and laboratory analysis. The total average emission of Bandeirantes Landfill was 0.00126 m³.CH4.m-2.h-1 and in Caieiras Landfill it was of 0.01222 m³.CH4.m-2.h-1. Those results were used to determinate the biogas escape both landfills. The total escape in Bandeirantes Landfill biogas accounted for 16% and in Caieiras, 35%. The conclusions demonstrated that there is a significant loss of biogas through the surface in both landfills, thus compromising the efficiency of the capture for using biogas.