25 de janeiro de 2017

Mineração dos Resíduos Sólidos Urbanos de Aterros Sanitários: redução das massas a serem depositadas, através do tratamento de frações finas

Mining of Municipal Solid Waste Landfills: reduction of masses to be landfilled by treatment of the fine fraction


RESUMO
Nas últimas décadas, as razões pelas quais vêm se realizando a mineração de aterros sanitários estão mudando. Na maioria dos projetos desenvolvidos no passado, os principais objetivos foram a proteção das águas subterrâneas, o ganho de volume de aterro e o aumento das áreas para assentamento. Como consequência do fato de que os recursos explorados, futuramente irão entrar em escassez, assim como ocorrerá um aumento nos seus preços, cada vez mais, a mineração de frações de lixo recicláveis em aterros, tem ganhado força. A viabilidade da mineração dos aterros, especialmente no que se diz respeito à viabilidade econômica, tem sido o tema de muitas discussões. O presente trabalho demonstra o potencial dos recursos de aterros na Alemanha e avalia a contribuição do uso dessas matérias-primas secundárias no fornecimento de materiais e de energia. A mineração de aterros, sob a premissa de reciclagem, é uma questão viável. Entretanto, detalhes sobre quais são as melhores técnicas de tratamento à serem aplicadas para os diferentes tipos de resíduos, muitas das vezes, ainda não estão facilmente disponíveis. No projeto de pesquisa TÖNSLM, um dos principais objetivos, é o de desenvolver uma concepção geral de mineração em aterros e a de fornecer as informações necessárias para a implementação de projetos de mineração.
Palavras-chave: Aterro. Mineração. Impacto. Tratamento. Resíduo.

ABSTRACT
The reasons for landfill mining have changed in the last decades. In most of the projects executed in the past the main focus had been set on groundwater protection, gain of landfill volume and gain of areas for settlement. As a consequence of the fact that a shortage of resources is to be expected in the future as well as an increase in price, the aspect of mining of recyclable fractions from landfills is becoming more and more the centre of consideration. The feasibility of landfill mining, especially the economic viability, is subject of many discussions. The paper will show the potential of resources in German landfills and evaluate the contribution of these secondary raw materials to energy and material supply. Landfill mining under the premise of recycling is as a matter of principle feasible. Details about the best techniques of treatment to be applied for the different wastes are often not available. In the research project TÖNSLM one major point amongst other is to develop an overall concept for landfill mining and to provide the necessary information for the implementation of mining projects.
Keywords: Landfill. Mining. Impact. Treatment. Residues.

1 INTRODUÇÃO

As razões para a mineração dos aterros têm mudado nas últimas décadas. No passado, os principais objetivos dos projetos de mineração dos aterros eram a remediação dos aterros contaminados e da recuperação de pedaços de terra. A separação das frações de lixo, antes do descarte dos resíduos, é raramente executada na prática. Como consequência do fato de que os recursos explorados futuramente irão entrar em escassez, assim como ocorrerá um aumento nos seus preços, cada vez mais, a mineração de frações de lixo recicláveis em aterros tem ganhado força. Consequentemente, há alguns anos a extensão da mineração clássica de aterros, o então chamado “Reforço da Mineração em Aterros (RMA)”, vem sendo muito discutido e já tem sido aplicado nos primeiros projetos (TIELEMANS; LAEVERS, 2010).

A ideia básica do RMA é de fazer o lixo recircular economicamente, o que significa que os aterros não são mais considerados como local final de depósito de todos os resíduos do lixo, mas sim como um local temporário onde os materiais são estocados até o momento em que seu uso sustentável seja possível (ULMANS, 2011).

A viabilidade da mineração dos aterros, especialmente no que se diz respeito à viabilidade econômica, tem sido o tema de muitas discussões. Os benefícios resultantes da reciclagem da fração calorífica do lixo e dos metais não são suficientes para equilibrar os custos com a própria mineração. Do ponto de vista econômico, apenas a consideração de outros benefícios, tais como, menores custos no pós-tratamento do aterro e um valor maior do espaço dos aterros, são vantajosos (VAN VOSSEN; PRENT, 2011).

O inventário do corpo do aterro é o principal fator que influência o balanço econômico e biológico. Em relação aos materiais recicláveis, o foco está particularmente voltado para a fração calorífica e para os metais. Embora as concentrações de ferro sejam, na maior parte das vezes, mais elevadas quando comparadas com as concentrações de metais como alumínio ou cobre, a viabilidade econômica da mineração do aterro depende muito mais do conteúdo destes metais que possuem altos preços. Os elementos raros, apesar de suas concentrações muito baixas, algumas vezes, também são considerados. O grande número de estudos realizados em todo o mundo sobre a viabilidade de projetos envolvendo a mineração de aterros ou de projetos já em execução, nos dá uma boa visão em relação ao inventário dos aterros. Os resultados mostram que, sob o ponto de vista de massa dos resíduos, a maior parte, entre 50 – 70%, é representada pelas frações finas (geralmente materiais < 20 mm) (RETTENBERGER, 2009, VAN VOSSEN; PRENT, 2011).

Entretanto, na maioria dos projetos de mineração de aterros executados até agora, a reciclagem tem se restringido à fração grossa dos resíduos (por exemplo, plásticos, papéis, sucatas e madeiras), enquanto que a fração fina dos resíduos volta para o aterro sem ou apenas com um pequeno tratamento adicional. A dificuldade no processamento de materiais mais finos, também é um dos motivos pelo qual até o momento, a mineração de aterros tem sido aplicada apenas em alguns aterros para cinzas provenientes da incineração de resíduos sólidos urbanos ou de cinzas provenientes de processos industriais. Entretanto, o potencial da matéria-prima secundária nestes aterros – em particular no que se diz respeito aos metais – é maior quando comparado com os aterros de resíduos sólidos urbanos. A mineração em aterro com ênfase em uma extensa reciclagem é basicamente viável, mas ainda faltam informações confiáveis no que se diz respeito à aplicação de tecnologias de tratamento e sobre a quantidade e qualidade da recuperação de matérias-primas secundárias.

2 CONDIÇÃO QUO DA MINERAÇÃO NOS ATERROS

A mineração nos aterros vem sendo aplicada por mais de 60 anos em diferentes escalas, pelo mundo todo. Existem inúmeras razões para a prática da mineração de aterros, cujos motivos têm mudado ao longo dos anos. Uma revisão de 77 projetos mundiais (Volume > 10,000 m3) mostrou que um dos principais motivos para a mineração é a proteção das águas subterrâneas (33%), sendo essa, uma das principais prioridades (BUDDE; CHLAN; DÖRRIE, 2002). Outros motivos são o ganho de volume (20%), recuperação de recursos (13,5%), construção de aterros internos (13%) recuperação de áreas de assentamento (12%) e redução de custos (8%) para o acompanhamento do tratamento.

Dentre todos os projetos citados, comparativamente, apenas uma pequena parcela dos fluxos de materiais foi especialmente direcionada para reciclagem. A maior parte do material é depositado no estado da arte nos aterros. A mineração de aterros, no que se diz respeito à recuperação de recursos, até o momento não foi realizada nem para os resíduos sólidos urbanos e nem em aterros de escórias.

Revisões da literatura mostram que até o momento, a mineração em aterros tem sido aplicada apenas em alguns poucos aterros de escórias. Entretanto, o potencial presente das matérias-primas secundárias é alto. Durante uma remediação em 2005, aproximadamente 200.000 toneladas de materiais foram recuperadas de um aterro de escórias na Suíça, sendo esses, aproximadamente 4.270 toneladas de ferro, alumínio, cobre e bronze.

As medidas adotadas até agora mostram que a recuperação de aterros e a preparação mecânica de materiais são basicamente viáveis. O estado da arte ainda não está bem definido. Em algumas áreas (por exemplo, a de estabilização dos resíduos e técnicas de separação de resíduos), certas técnicas já estão estabelecidas na prática (DWA/VKS, 2012). Entretanto, em muitas áreas, detalhes sobre a aplicação de tecnologias de processos de remediação, tratamento e classificação, reciclagem de embalagens, tratamento e disposição de resíduos, ainda não estão disponíveis de forma clara.

3 MOTIVAÇÃO E OBSTÁCULOS

Os prós e contras da mineração em aterros podem ser resumidos da seguinte forma:

3.1 Prós: Rendimentos da Extração de Matérias-Primas Secundárias
  • Rendimentos da reciclagem da terra (por exemplo: alto valor de utilização como a construção de terrenos);
  • A economia nos custos para as fases de fechamento e pós-tratamento (após o encerramento do aterro, geralmente um tratamento do lixiviado e do gás produzido é necessário por pelo menos várias décadas);
  • Melhoria e remediação do aterro (por exemplo: a construção de um sistema de barreira na base). Extensão do tempo de eliminação de resíduos através do ganho de volume;
  • Crescente aceitação entre os moradores devido à modernização da área após a conclusão da ação;
  • Proteção do clima, ar, água, solo e da paisagem.
3.2 Contras: Custos com Escavação, Processamento, Tratamento e Redisposição dos Resíduos de Lixo
  • Baixa aceitação da mineração pelos habitantes locais, principalmente devido à emissão de odores e poeira, produção de barulho e congestionamentos;
  • Regras legais ainda não estão claras;
  • Falta de informações confiáveis para a mineração, (por exemplo, entre outras, informações sobre a qualidade dos produtos e economia/ecologia).
Sob o ponto de vista apenas ecológico, a mineração nos aterros, com o objetivo de levar o máximo possível de resíduos de lixo de volta para o ciclo de materiais, é certamente discutida de forma controversa. As principais questões discutidas estão voltadas para os aspectos econômicos. Os rendimentos das vendas de matérias-primas secundárias, da reciclagem da terra e a economia feita durante o fechamento e na fase de pós-tratamento são compensadas pelas despesas com a mineração, tratamento e disposição do material restante.

Hoje em dia, os aspectos econômicos não são a principal motivação que levam a mineração em aterros, mas, de qualquer forma, os rendimentos gerados reduzirão consideravelmente os custos totais no processo mineração. Com o crescente aumento dos preços das matérias-primas para o processo em questão, sob os aspectos de produção, as matérias-primas secundárias tornar-se-ão mais importantes. Para a mineração de aterros, isso significa que, não é a questão “se”, mas apenas “quando” este processo é relevante.

4 FLUXO DE TRABALHO PARA A MINERAÇÃO DE ATERRO

O processo de mineração de aterro pode ser dividido em seis etapas principais:

1. Estudos de viabilidade: identificação do tipo e das quantidades de resíduos para que se possa definir o seu potencial de reciclagem e os equipamentos à serem utilizados. Identificação das condições econômicas e ecológicas. Determinação do potencial de risco e das medidas de segurança a serem seguidas.
2. Estabilização biológica: se na primeira etapa, a composição e idade dos resíduos indicarem um aumento no volume de gás no aterro, o que deve ser observado durante a mineração, uma estabilização aeróbia pode ser necessária. Através da alteração do ambiente bioquímico no corpo do aterro de condições anaeróbias para aeróbias, as emissões de gases e odores dos aterros podem ser reduzidas à um grau mínimo. Através da aplicação da técnica de ventilação e de extração do gás, o teor de água nos resíduos é reduzido, o que, consequentemente, facilita etapas posteriores do tratamento mecânico.
3. Extração dos materiais: o lixo é escavado em camadas e é transportado para as unidades de tratamento individual. Nesta etapa já se pode iniciar a pré-triagem de resíduos.
4. Separação: os fluxos individuais de materiais são separados e classificados em diferentes etapas e com diferentes técnicas para que sejam obtidas frações de resíduos definidas para a próxima etapa, ou seja, para o tratamento.
5. Tratamento e recuperação: se e quais as etapas de tratamento – mecânico e/ou biológico e térmico – deverão ser integradas, é uma questão que está sujeita à avaliação individual. A manipulação de resíduos não recicláveis é de grande importância para a eficiência da mineração em aterros, em particular, das frações mais finas, que podem representar até cerca de 50% da massa total do lixo. E também, nesta fração, técnicas de tratamento devem ser aplicadas para que se possa reduzir o potencial de riscos.
6. Disposição: todos os materiais que não puderem ser utilizados para reciclagem ou recuperação térmica, devem ser novamente depositados nos aterros, o que deve estar de acordo com o estado da arte. A disposição deve ser feita no sentido de especificidade da substância, e recuperados, a fim de se permitir a mineração de materiais específicos no futuro.

5 POTENCIAL DOS RECURSOS EM ATERROS NA ALEMANHA

De acordo com estimativas baseadas em dados da literatura, 2,5 bilhões de toneladas de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) vêm sendo dispostas em aterros na Alemanha desde 1975. A quantidade de resíduos depositados no mundo todo durante este período é de aproximadamente de 36 a 45 bilhões de toneladas (BILITEWSKI, 2000; FRICKE et al., 2011; MOCKER et al., 2009). Com base nesses dados que indicam as quantidades de resíduos de lixo, é possível a realização de uma avaliação dos grupos de materiais depositados em combinação com as análises de resíduos feitas em datas diferentes e com as análises realizadas durante os projetos de mineração de aterros. A Tabela 1 mostra os resultados das análises de resíduos de lixo obtidos de diferentes projetos de mineração de aterros.

Tabela 1 – Resultados das análises de materiais de projetos de mineração de aterros

Materiais
Massa
% substância úmida
Papel / cartão / papelão
8 – 6
Madeira
3 – 10
Plásticos
4 – 9
Têxteis
1 – 3
Metais ferrosos
1 – 4
Metais não ferrosos
0,3 – 0,8
Vidros
2 – 4
Minerais
30 – 75
Orgânicos nativos
6 – 12
Lodo de esgoto
1 – 3

Fonte: Elaborada pelos autores com dados de Fricke et al. (2011);
Mehlhart e Ustohalova (2012); e, Rettenberger (2009).

Como o esperado, a percentagem de tipos individuais de resíduos encontra-se em uma ampla gama de diferentes valores. A composição depende, particularmente, da idade do aterro e das condições sociais e econômicas do aterro em específico. Observar que valores relativamente altos de papel / cartão / papelão (PCP) e as pequenas quantidades da fração orgânica nativa são compartilhados. PCP, plásticos, madeira e têxteis formam a fração calorífica e podem ser encontrados, particularmente, na fração grosseira dos resíduos de lixo. Ferro, alumínio e zinco são os metais que normalmente podem ser encontrados em maiores concentrações nos resíduos, e estes materiais são encontrados distribuídos em todas as frações dos resíduos. Os elementos raros também podem ser encontrados em baixas concentrações. Especialmente metais raros como o praseodímio (0,7 – 5,4 mg/kg), neodímio (2,9 – 21 mg/kg) ou gadolínio (0,6 – 4,1 mg/kg), que são utilizados em aparelhos eletrônicos e podem ser detectados em concentrações ligeiramente superiores (RETTENBERGER, 2012).

Como resultado da incineração do lixo, a concentração de componentes metálicos nas cinzas é maior em comparação àquelas encontradas nos resíduos de lixo fresco. O fato de que somente após alguns anos, e apenas em algumas poucas plantas de incineração, os metais não ferrosos são separados, é um fator decisivo. Os resultados das análises químicas mostraram que não apenas o ferro, mas também as concentrações de alumínio são elevadas (Tabela 2). O enriquecimento de metais preciosos e de elementos raros nas cinzas, durante a incineração, reduzem consideravelmente os custos para a recuperação desses elementos em relação aos resíduos frescos (MORF et al., 2013).

Tabela 2 – Análises das cinzas provenientes da incineração de RSU alemães

Metais
Cinzas alemãs
Dados da literatura
mg/kg
mg/kg
Ferro
72,706
4,120 – 150,000
Alumínio
42,605
21,900 – 72,800
Níquel
221
100 – 300
Manganês
1,361
100 – 2,200
Cobre
2,208
290 – 8,240
Titânio
7,095
3,000 – 9,500
Vanádio
32
20 – 122

Fonte: Elaborada pelos autores com dados de Deike, Warnecke e Vogell (2012)
e Chandler et al. (1997).

Com base nas massas de resíduos de lixo depositadas e incineradas no período compreendido entre 1975 a 2005 e também nas suas concentrações, pode-se estabelecer uma estimativa aproximada dos potenciais de materiais recicláveis (Tabela 3). Desse modo, o valor para metais como ferro, cobre e alumínio depositados na Alemanha desde 1975 são estimados aproximadamente em 9 bilhões de euros, para as substâncias caloríficas – com base no equivalente de petróleo – aproximadamente de 60 bilhões de euros. O valor monetário da fração calorífica é baseado no valor do teor energético e é consequentemente compreendido como uma percepção visual dos rendimentos. De fato, na Alemanha, os rendimentos dos resíduos caloríficos (RRC) só conseguem ser alcançados em casos excepcionais.

Os valores na Tabela 3 também proporcionam uma ideia da contribuição da mineração de aterros para as necessidades anuais de recursos na Alemanha. Os números absolutos parecem ser muito pequenos, mas o tempo necessário para a mineração de aterros também devem ser levados em consideração. Se apenas 1% dos resíduos depositados são minados por ano (as capacidades de triagem e tratamento atualmente estão disponíveis na Alemanha), então a atribuição, por exemplo, da sucata de ferro no processo de produção aumentaria em cerca de 1 – 5%. Além disso, para mais 20 anos, de 2,5 a 4% da demanda para energia primária poderia ser compensada pela fração calorífica proveniente de mineração do aterro.

Tabela 3 – Potencial de matérias-primas secundárias na Alemanha

Materiais
Massa
Percentual necessário para um ano na Alemanha
106 t
%
Alumínio
0,5 – 0,7
50 – 65
Ferro
20 – 28
100 – 180
Cobre
0, 9 – 1,2
140 – 170
Fração calorífica
250 – 400
50 – 80

Fonte: Elaborada pelos autores com dados de Rettenberger (2009).


6 PROJETO DE MINERAÇÃO EM ATERRO TÖNSLM

Até o ano de 2005 a Alemanha ainda depositava uma fração de seus resíduos in natura nos aterros, significando que essas áreas possuem alto potencial de recuperação de recursos secundários. Para avaliar este potencial foi proposto o projeto de pesquisa TÖNSLM que será abordado nos próximos itens.

6.1 Objetivos e Métodos

No outono de 2012, o projeto de larga escala TÖNSLM, financiado pelo Ministério Alemão da Educação e Investigação iniciou estudos relacionados à mineração de aterros (MÜNNICH et al., 2013). O objetivo do projeto é o de desenvolver uma concepção geral sobre a mineração de aterros e de fornecer informações para a tomada de decisões, assim como, de instruções para a realização de projetos semelhantes. Pela primeira vez, um conceito integrado geral para o desmantelamento de aterros de resíduos urbanos e cinzas, assim como para a utilização máxima dos recursos, foram desenvolvidos.

Os principais temas do projeto de pesquisa são:
  • Avaliação do potencial dos recursos.
  • Desenvolvimento de conceitos técnicos para a classificação e tratamento.
  • Quais matérias-primas secundárias podem ser geradas e qual a sua qualidade?
  • Integração de instalações de tratamento já existentes.
  • Aspectos econômicos e ecológicos.
  • Requisitos legais.
  • A aceitação entre os moradores.
O projeto é realizado por meio de um consórcio composto de diversas empresas e Universidades:
  • Tönsmeier Dienstleistung GmbH & Co. KG, Porta Westfalica (gerente do consórcio).
  • Operação de resíduos do distrito de Minden-Luebbecke, AML, Minden.
  • Universidade Técnica de Braunschweig (três Institutos).
  • Universidade Técnica de Clausthal (um Instituto).
  • Rheinisch-Westfälische Hochschule Aachen (dois Institutos).
  • Joint venture IFEU – Instituto de Energia e Pesquisa Ambiental Heidelberg GmbH e Öko-Instituto e.V., Freiburg.
6.2 Abordagem Sistemática e Primeiros Resultados das Investigações

As investigações são realizadas em três aterros, os quais possuem uma composição diferente de resíduos (lixo doméstico, cinzas provenientes da incineração de resíduos sólidos urbanos, codeposição de RSU e cinzas). Na sequência, as averiguações realizadas no aterro de resíduos sólidos urbanos de Pohlsche Heide do centro de gestão de resíduos de Minden-Luebbecke são apresentadas. O aterro é situado na parte norte-ocidental da Alemanha. Em uma área de 27 hectares, cerca de 2,5* 106 m3 de resíduos de lixo foram depositados de 1988 até 2005. O histórico das pesquisas mostra que principalmente resíduos sólidos comerciais, similares ao lixo doméstico, resíduos domésticos, de construção e materiais de solo, foram depositados. Nas áreas onde as três trincheiras foram estabelecidas para a amostragem dos resíduos, sete perfurações de teste (Ø 30 cm) (Figura 1) estão sendo investigados, como a composição dos resíduos e a situação do lixiviado (chorume empoleirado). Medições de gás foram realizadas a fim de se avaliar a necessidade de ações passivas ou de aeração ativa antes da escavação. As amostras foram coletadas e a fração fina (< 40 mm) foi analisada, principalmente quanto à atividade biológica remanescente.

Os resultados das análises químicas confirmaram as investigações do histórico de exploração no que se diz respeito às medidas de gestão de resíduos implementadas (por exemplo: a separação de resíduos biológicos) e do impacto resultante na composição dos resíduos. Devido à idade dos resíduos, eram esperados valores baixos de Carbono Orgânico Total (COT) para a atividade biológica, entretanto, uma relação entre esses valores e a idade do material não é evidente. A aeração ativa antes escavação não foi necessária devido as baixas taxas de liberação de gás durante a perfuração e o baixo potencial de produção de gás. Aproximadamente 8.700 toneladas de resíduos e 2.300 toneladas de materiais de solo da tampa foram escavadas das três trincheiras (cada uma com cerca de 2.600 m3) através do uso de uma pá com uma garra para o material de fração grosseira e uma retroescavadeira para os materiais da fração fina (Figura 2).

Figura 1 – Vista do aterro de Pohlsche Heide com áreas de investigações
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Figura 2 – Escavação dos resíduos das trincheiras
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

O material foi levado para a superfície patamar do aterro, onde ocorreu o primeiro pré-condicionamento (Figura 3).

Figura 3 – Armazenamento intermediário e pré-condicionamento dos resíduos

Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Os fluxos dos resíduos escavados e o processo dos fluxos estão esquematicamente ilustrados na Figura 4.

Figura 4 – Fluxos e métodos de tratamento dos resíduos
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Após a trituração, a separação entre os materiais grosseiro e fino foi realizada através de peneiração, com corte de peneira de 60 mm. Então, ambas as frações foram preparadas de acordo com seus diferentes aspectos, cada um dos materiais foi examinado e quando necessário, customizados para processos posteriores. A análise granulométrica, antes do trituramento, demonstrou diferenças consideráveis na composição dos resíduos (Figura 5). O aumento da quantidade de material > 140 mm da amostra K3, deve-se a uma grande quantidade de têxteis de grande escala nesta área. Entretanto, as curvas também confirmaram que a proporção de material fino < 60 mm, cerca de 40 – 68% (WS) é alta. E se a fração fina é definida por um corte de peneira de 25 mm, cerca de 50% (WS) (K3 32%) também é classificado como material fino.

No geral, os valores estão de acordo com os dados da literatura. Por um lado, se o esforço para continuidade no processamento da fração fina é relativamente elevado, por outro lado, essa mesma fração fina pode interferir no posterior processamento da fração grosseira. Os primeiros testes realizados com a com fração calorífica grosseira mostraram que o valor de aquecimento dos resíduos é reduzido e que a quantidade de cinzas indesejadas aumenta. Devido à adesão da fração fina, a identificação óptica dos materiais plásticos, durante a sua separação, torna-se impossível.

Figura 5 – Análise granulométrica dos resíduos escavados
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Figura 6 – Fração de material de solo fino agregado 80 – 100 mm K1
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

A análise de triagem do material residual ilustra a elevada percentagem de material fino (K1 < 20 mm 47%) (Figura 7), os quais não puderam ser investigados devido à sua composição material. A Figura 7 também demonstra que cerca de 27% dos resíduos de lixo são formados pela fração calorífica. O teor de metal é de 2,5%, o que se encontra na faixa intermediária do que foi encontrado em outros aterros. Notável é o aumento da proporção de material de solo fino agregado, o que foi causado pela aplicação da tampa intermediária durante a fase de funcionamento do aterro (Figura 6).

As análises de classificação do material < 60 mm demonstraram que a fração calorífica continua significante (Figura 8). A proporção da fração calórica em relação à categoria de tamanho 40 – 60 mm é em torno de 54%, na categoria de tamanho de 20 – 40 mm continua cerca de 36%. E, ao mesmo tempo, a fração inerte aumentou de aproximadamente 29% para cerca de 39%. Dessa forma, é assumido que a quantidade de material inerte aumenta significativamente na fração < 20 mm. Além disso, as análises granulométricas mostraram que em cada fração há uma grande sujidade dos resíduos (Figura 9).

Figura 7 – Análise de classificação de resíduos da trincheira K1
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Figura 8 – Análise de classificação da fração fina < 60 mm
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Figura 9 – Grau de contaminação do papel na fração > 140 mm
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Baseado nos estudos biológicos das frações finas (< 60 mm) é possível determinar se os resíduos depositados ainda são biologicamente ativos, para que possam ser utilizados em um pós-tratamento biológico. Para essa finalidade, diversos parâmetros foram analisados a fim de se acessar a biodegrabilidade dos resíduos de lixo.

O teor de água dos resíduos com valores entre 20% e 30%, o que é relativamente baixo, sugerem que o material não é mais biologicamente ativo. Os valores de COT (max. 17,8% K1) são, em todos os casos, significativamente maiores que os limites legais de ≤ 3%, de acordo com a Portaria Alemã de Aterros (DepV, 2011). Os testes de autoaquecimento indicaram temperaturas máximas muito baixas, 30 ºC, o que significa que este material já está bem estabilizado. Parâmetros biológicos também são determinados no eluato. A relação da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)5 / Demanda Química de Oxigênio (DQO) de amostras individuas mostraram, em todos os casos, valores significativamente menores que 50%, indicando que os resíduos estão estáveis (Figura 10).

Figura 10 – Proporção de DBO55/DQO nas amostras individuais
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

A fim de se descrever a atividade biológica nos resíduos de lixo, os índices de respiração (IR4) e de potencial de produção de gás foram determinados. Em todas as amostras os valores estiveram abaixo dos valores-limite determinados pela Portaria Alemã de Aterros (DepV, 2011) de 5 mg/g para IR4 e 20 l/kg para o potencial de formação de gás. Na Figura 11 os resultados dos testes de IR4 são plotados contra os potenciais de formação de gás. O gráfico ilustra que, em contraste com os resíduos frescos, não há correlação entre esses dois parâmetros para resíduos antigos.

Figura 11 – Correlação de IR4 e do potencial de formação de gás de materiais escavados
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

A fim de se confirmar que os metais pesados presentes nos resíduos escavados não possuem nenhum efeito inibitório sobre os processos biológicos, as concentrações de metais pesados nos eluatos também foram analisadas (Tabela 4). As concentrações de metais pesados nos eluatos foram tão baixas, que nenhum efeito inibidor biológico é esperado.

Tabela 4 – Concentração de metais pesados no lixiviado


K1
K2
K3
Efeito  inibitório1
K1 a
K1 b
K2 a
K2 b
K3 a
K3 b
Cobre
mg/l
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
0,1
0,1
> 50
Zinco
mg/l
0,19
0,26
0,31
0,27
0,45
0,45
> 150
Cromo total
mg/l
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
> 100
1 KTBL (2007)

Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Outro tópico de investigação é a reutilização de materiais finos como nutriente. Análises de teores de nutrientes (N, NH4-N, K2O, P2O5, CaO, MgO) mostraram que todos os nutrientes necessários estão presentes em pequenas quantidades. Como esperado, o teor de nutrientes é significativamente menor do que aquele encontrado em resíduos orgânicos frescos. As análises de elementos traços (níquel, cobalto, selênio, ferro etc.) mostraram que estes elementos estão presentes em quantidades suficientes, e em altas concentrações (em particular, o ferro, o níquel e o zinco). Uma possível inibição de processos biológicos devido à alta quantidade desses elementos deve ser testada.

Os parâmetros investigados permitiram uma avaliação da biodegradabilidade dos resíduos com a ajuda de critérios de teste. Tratamentos biológicos só são eficazes se a proporção de matéria orgânica rica em nutrientes facilmente degradável é alta. Em aterros antigos, onde os processos de mineralização já estão em estado avançado e o potencial de formação de gás é pequeno, o pós-tratamento biológico do material não é apropriado (ATV-DVWK/VKS, 2002). A Tabela 5 mostra os testes de critérios realizados para que se possa decidir se um tratamento aeróbico do depósito é sensato ou não, e se este critério deve ser aplicado nos resíduos de lixo de “Polschen Heide”. Por um lado, os dados mostram que o aterro é composto em sua maior parte por lixo municipal, o que representa de moderada à alta viabilidade para a aplicação de um tratamento aeróbico. Mas por outro lado, devido à idade e aos parâmetros de perda de ignição, autoaquecimento e dos grupos de substâncias orgânicas, esse material é inadequado para tratamento biológico.

Tabela 5 – Critérios para um pós-tratamento aeróbio

Critério
Valores
Avaliação
Aterro de  “Pohsche Heide”
Tipos de resíduos
Resíduos municipais
° +
Resíduos  municipais
Massas de terra, resíduos de construção
-
Idade dos  resíduos municipais
< 10 anos
+
25 anos
> 30 anos
-
Produção de  gás no aterro
> 8 m3/Mg a
+
> 8 m3/Mg a
< 8 m3/Mg a
-
Estrutura do material
Principalmente fração fina (< 8 mm)
-
< 60 mm
Estrutura distinta
+
Perda de ignição
< 15%
-
K2 < 19%
K1 & K3 > 25%
> 25%
° +
Autoaquecimento
> 30 °C
+
< 30 °C
< 30 °C
-
Substâncias orgânicas
Grupos (de acordo  com van Soest)
Luz primária e  forma solúvel
+
Principal dificuldade e  não solubilidade
Principal dificuldade  e não solubilidade
-
+ Altamente adequado para o tratamento aeróbico
- Moderadamente adequado para o tratamento aeróbico
° Pouco adequado para o tratamento aeróbico

Fonte: ATV-DVWK/VKS (2002).

6.3 Tratamento Mecânico Úmido da Fração Fina

O conhecimento relacionado ao processamento mecânico úmido de materiais dos aterros – em particular de frações finas – é estimado como ainda sendo baixo. Por este motivo, diversos métodos de processamento mecânico úmido serão investigados no projeto de P&D.

A fração mineral ou inerte dos resíduos abrange toda a gama de tamanho de grãos, ou seja, de argila à pedra. O material fino não é formado apenas pelo material inerte, mas também pode conter elevadas quantidades de material orgânico. Para que o material inerte possa ser reutilizado, por exemplo, material de construção, a matéria orgânica deve ser previamente separada.

No projeto de pesquisa, o tratamento mecânico úmido é utilizado para separar os resíduos finos em diferentes fluxos de materiais já definidos. Durante o processo, as substâncias são separadas como material pesado, leve e de suspensão. Através da adição de água no processo de tratamento, a contaminação dos resíduos de lixo é reduzida e, consequentemente, a qualidade do material inerte tende a aumentar. A água utilizada na lavagem deve ser tratada por técnicas adequadas.

Figura 12 – Coqueteleira úmida “Triplo A” da “AGS Instalações + Método GmbH
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Para investigações foi utilizada a máquina de coqueteleira úmida do tipo “Triplo A” da empresa alemã “AGS Anlagen + Verfahren GmbH” (Figuras 12 e 13).

Figura 13 – Esquema do processo da Coqueteleira úmida “Triplo A”
Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

Nessa coqueteleira são investigados os resíduos de lixo < 25 mm e < 60 mm. O princípio básico de funcionamento do tratamento mecânico úmido é que as impurezas aderidas aos componentes minerais possuem uma densidade menor do que os próprios componentes minerais.

Através do tratamento do material de abastecimento com a água pulsante e corrente e picos de pressão (afrouxamento e limpeza), componentes flutuantes (plástico, madeira, têxteis) são separados da mistura total e também podem ser separadas através de uma abertura de extravasamento (material leve). Componentes pesados, como minerais, vidros ou sedimentos de cerâmica, podem ser subsequentemente descarregados. Diferentes composições e as alterações resultantes nas densidades do material residual são levados em consideração por uma variação de parâmetros de taxas de fluxos do meio de lavagem e da profundidade da água da bacia de definição.

As possíveis aplicações dos produtos obtidos são as seguintes:
  • Fração pesada → material de construção
  • Fração leve → combustível
  • Fração fina → material de construção
  • Suspensão → recuperação de energia
Para a utilização de componentes minerais para fins de construção, o material deve preencher determinados requisitos de qualidade. Na Alemanha, os requerimentos exigidos para a utilização de materiais de resíduos minerais, em especial, os valores-limite Z2, são de muita importância (LAGA, 2003).

As primeiras investigações sobre o material de entrada em termos de concentração de metais pesados nos eluatos, mostraram que os valores-limite para Z2 só foram ultrapassados em alguns casos, como por exemplo, para cloretos e sulfatos (Tabelas 6 e 7). Estes dois parâmetros são altamente solúveis em água e podem ser facilmente removidos durante a lavagem. Este é um bom ponto de partida para o processamento úmido.

Tabela 6 – Valores sólidos em relação aos valores do LAGA

Substância original
Unidade
K1
K2
K3
LAGA – valor limite
Z0
Z1
Z2
Chumbo
mg/kg DW
635,32
185,19
2.704,92
140,00
210,00
700,00
Cádmio
mg/kg DW
1,27
5,70
2,73
1,00
3,00
10,00
Cromo
mg/kg DW
101,65
156,70
81,97
120,00
180,00
600,00
Cobre
mg/kg DW
266,84
1.794,87
1.502,73
80,00
120,00
400,00
Níquel
mg/kg DW
67,34
72,65
61,48
100,00
150,00
500,00
Mercúrio
mg/kg DW
0,38
0,57
0,27
1,00
1,50
5,00
Zinco
mg/kg DW
749,68
1.894,59
819,67
300,00
450,00
1.500,00

Fonte: LAGA (2003).

Tabela 7 – Valores do lixiviado em relação aos valores limites do LAGA

Valores  do eluato
Unidade
K1
K2
K3
LAGA – valor limite
K1 a
K1 b
K2 a
K2 b
K3 a
K3 b
Z0
Z 1.1
Z 1.2
Z2
Valor do pH

7,3
7,2
7,3
7,3
7,2
7,3
6,5 - 9,5
6,5 - 9,5
6 - 12
5,5 - 12
Condutividade elétrica
μS/ cm
1.338
1.680
968
1.151
1.915
2.070
250
250
1.500
2.000
Chumbo
mg/l
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
40
40
80
200
Cádmio
mg/l
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
1,5
1,5
3
6
Cobre
mg/l
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
0,1
0,1
20
20
60
100
Níquel
mg/l
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
15
15
20
70
Zinco
mg/l
0,19
0,26
0,31
0,27
0,45
0,45
150
150
200
600
Cromo-total
mg/l
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
< 0,10
12,5
30
50
100
Cloreto
mg/l
51,1
65,2
20,6
27,7
115
121
30
30
50
100
Sulfato
mg/l
658
914
552
903
912
1.072
20
20
50
200

Fonte: LAGA (2003). 


As prioridades na investigação de tentativas de tratamento mecânico úmido são as seguintes:
  • Contabilidade do fluxo de massa;
  • Análise e avaliação do fluxo de massa, no que diz respeito a:
▪ Valores de classificação de solos de acordo com o LAGA (Z2);
▪ Nutrientes e poluentes;
▪ Parâmetros de deposição após o DepV;
▪ Testes de critérios do combustível derivado de resíduos (fração leve);
▪ Características mecânicas;
▪ Parâmetros para os processos biológicos;
  • Coleta de todos os dados para a avaliação ecológica e econômica.

6.4 Redução do Volume Através da Realocação e da Utilização de Materiais Depositados

A recuperação do volume de aterro para a extensão de tempo de uso do próprio aterro é de particular relevância na Alemanha, uma vez que a aprovação de novos aterros é quase que impossível. Mas também, especialmente em áreas urbanas de rápido crescimento de países emergentes e em desenvolvimento, a recuperação do volume do aterro recebe uma alta prioridade. Os principais objetivos da realocação dos aterros são o ganho de volume do aterro e a redução de impactos ambientais através da distribuição dos resíduos em áreas equipadas com sistemas lineares de revestimento de base.

Tabela 8 – Volume de recuperação através da realocação e reciclagem de aterros antigos

Tipos de realocação
Alemanha
Volume de recuperação
Escavação e novo aterro com maior densidade
30 – 35%
Escavação e novo aterro com  maior densidade e reciclagem  (CDR e metais)
40 – 55%
Escavação e novo aterro com maior densidade e reciclagem  (CDR e metais e fração mineral selecionada)
50 – 70%
Brasil
Volume de recuperação
Escavação e novo aterro com maior densidade
40 – 55%
Escavação e novo aterro com maior densidade e reciclagem (CDR e metais)
50 – 70%
Escavação e novo aterro com maior densidade e reciclagem  (CDR e metais e fração mineral selecionada)
65 – 80%

Fonte: Technische Universität Braunschweig Leichtweiß-Institut.

A Tabela 8 mostra possíveis ganhos de volumes sob condições alemãs e brasileiras. Os ganhos de volume significativamente maiores no Brasil, são baseados nas relativas baixas densidades de instalações atualmente observadas no Brasil. Portanto, apenas a realocação de densidades de 0,7 para 0,8 t/m3 podem ser alcançadas no Brasil. Na Alemanha, a realocação é realizada através de compactadores, o que resulta em densidades na gama de 1,0 para 1,3 t/m3. De acordo com os valores indicados na tabela, presume-se que no Brasil, a redisposição dos resíduos também é praticada por meio de compactadores.

7 CONCLUSÕES

O cálculo do potencial de matérias-primas secundárias em aterros sanitários na Alemanha é alto. Antes da introdução de medidas de manejamento do lixo para a recuperação de recursos, é importante fazer a distinção entre aterros antigos de aterros recentes. No caso de aterros antigos, maiores concentrações de metais e substâncias de alto valor calorífico podem ser esperadas. Em aterros mais recentes, o teor dessas substâncias será menor devido à separação dos resíduos antes da sua disposição.

Os resultados obtidos no projeto de P&D TÖNSLM mostraram a percentagem significante de materiais de alto valor calorífico presentes no aterro localizado em Pohlsche Heide. Antes da reciclagem desse material ou para a produção de combustível derivado de resíduos, um tratamento adicional é necessário, devido à alta contaminação de partículas finas de solo. Este é especialmente o caso de substâncias de alto poder calorífico nas frações > 60 mm. Levando-se em consideração a massa total, a mais importante é a fração < 60 mm. Nessa fração, a porcentagem de materiais minerais, que podem ser utilizados como material de construção após etapas adicionais de processo é alta.

As investigações relacionadas à biodegrabilidade dos resíduos mostraram a ausência ou apenas uma pequena atividade biológica. Portanto, tratamentos biológicos dos resíduos sob essas condições, para a recuperação de energia ou como etapas de pré-tratamento com outros processos, não são adequados. Os primeiros testes com o tratamento mecânico de resíduos molhados < 60 mm mostraram que os valores-limite exigidos na Alemanha, para o uso como material de construção podem ser alcançados por uma configuração padrão dos parâmetros do processo. Entretanto, no geral, é presumido que, mesmo depois de um processamento otimizado dos resíduos, ainda permanecerão alguns materiais, que ainda não podem ser utilizados e que deverão ser dispostos novamente nos aterros.

Os autores gostariam de agradecer ao
Ministério Alemão para Educação e Pesquisa (BMBF)
pelo suporte financeiro.

REFERÊNCIAS

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VON MINERALISCHEN ABFÄLLEN – Technische Regeln – der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) from 6 November 2003.


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Uso autorizado desde que citada a fonte e informado via e-mail: gsrsu.br@gmail.com
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Como citar [ABNT NBR 6023:2002]:

ZEINER, Anton; MÜNNICH,  Kai; WANKA, Sebastian; FRICKE, Klaus. Mineração dos Resíduos Sólidos Urbanos de Aterros Sanitários: redução das massas a serem depositadas, através do tratamento de frações finas. In: FRICKE, Klaus; PEREIRA, Christiane; LEITE, Aguinaldo; BAGNATI, Marius. (Coords.). Gestão sustentável de resíduos sólidos urbanos: transferência de experiência entre a Alemanha e o Brasil. Braunschweig: Technische Universität Braunschweig, 2015. Disponível em: <https://goo.gl/BE246I>. Acesso em: .
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