Post on 08-Nov-2018
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Disciplina: Manejo de Resíduos Sólidos
Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Pós-graduação em Ciências Ambientais
9 – Dimensionamento de Chorume
Professor: Sandro Donnini Mancini
Sorocaba, Outubro de 2018.
Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba
Aterro Bandeirantes – Perus, São Paulo-SP- desativado
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Aterro Sítio São João – Av. Sapopemba, São Paulo-SP- desativado
Sistemas com capacidade de receber e acondicionar por longo período os resíduos
sólidos de forma segura e confiável
Aterros para ResíduosAterros para Resíduos
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1. Chorume: geração, drenagem, tratamento e destinação final
2. Cobertura e drenagem superficial
1. Chorume: geração, drenagem, tratamento e destinação final
2. Cobertura e drenagem superficial
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Definição de Chorume
� Fase líquida da massa aterrada de resíduos, que percola através desta removendo materiais dissolvidos ou suspensos
� Outros denominações comuns:� Percolado� Lixiviado
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Balanço hídrico de um Aterro
Precipitação (P)
Escoamentosuperficial (ES)
Líquido drenado (chorume)
Evapotranspiração (EP)
Cobertura
Lixo aterrado
Drenagem
Armazenamento (AS)
Percolado
Infiltração (I)
O quanto chove (P) menos o quanto escoa (ES) é o quanto infiltra (I) e pode evapotranspirar (EP) e umedecer o solo.
O quanto infiltrou menos o quanto evapotranspirou é o quanto pode ser armazenado no solo (AS), que tem uma capacidade máxima de armazenamento de água (capacidade de campo). Se já está no máximo, vai percolar. Se não está no máximo, tende a completar esse máximo.
Logo, a percolação (PER) é o quanto precipitou menos o quanto escoou menos o quanto evapotranspirou e menos o quanto ficou no solo.
Precipitação (P), em valores médios mensais;
Escoamento superficial (ES = C’.P)C’ = coeficiente de escoamento superficial - relacionado às características do solo como compactação, presença de água e declividade;
Infiltração (I = P-ES), referente à valores médios de infiltração;Armazenamento de água no solo (AS), para meses chuvosos, usar valor máximo (capacidade de campo). Pode ser calculado, mas há disponível.
Troca de armazenamento de água no solo (∆AS), representativo da variação da quantidade de água armazenada no solo, mês a mês;
Evapotranspiração potencial (EP) obtida de modelos, com dados mensais.
Precipitação (P)
Escoamento superficial (ES)
Líquido drenado (chorume)
Evapotranspiração (EP)
Cobertura
Lixo aterrado
Drenagem
Armazenamento (AS)
Percolado
Infiltração (I)
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Mês chuvoso
Precipitação (P)
Escoamentosuperficial (ES)
Líquido drenado (chorume)
Evapotranspiração (EP)
Cobertura
Lixo aterrado
Drenagem
Armazenamento (AS)
Percolado
Infiltração (I)Chove muito, logo infiltra muito e evapora boa parte, mas I-EP>0.
Como solo está encharcado, ∆AS =0, toda a diferença de I-EP = Percolado
Mês Seco
Precipitação (P)Escoamentosuperficial (ES)Evapotranspiração (EP)
Cobertura
Lixo aterrado
Drenagem
Armazenamento (AS)Infiltração (I)
Chove pouco, logo infiltra pouco, solo perde água para a camada vegetada e evapora tudo: I-EP < 0, ∆AS<0.
Não há percolado.
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Precipitação (P), em valores médios mensais;
Escoamento superficial (ES = C’.P)
Infiltração (I = P-ES), referente à valores médios de infiltração;Armazenamento de água no solo (AS), para meses chuvosos, usar valor máximo (capacidade de campo). Pode ser calculado, mas há disponível.
Troca de armazenamento de água no solo (∆AS), representativo da variação da quantidade de água armazenada no solo, mês a mês;
Evapotranspiração potencial (EP) obtida de modelos, com dados mensais;
Evapotranspiração real (ER), que é a quantidade real de perda de água durante dado mês: 1) para meses secos: ER = EP + [(I- EP) - ∆AS]
ER = I - ∆AS
2) para meses chuvosos: ER = EP;
Percolação (PER) = P - ES - ∆AS - ER
Precipitação (P)
Escoamento superficial (ES)
Líquido drenado (chorume)
Evapotranspiração (EP)
Cobertura
Lixo aterrado
Drenagem
Armazenamento (AS)
Percolado
Infiltração (I)
Mês chuvosoPrecipitação (P)Escoamentosuperficial (ES)
Líquido drenado (chorume)
Evapotranspiração (EP)
Cobertura
Lixo aterrado
Drenagem
Armazenamento (AS)
Percolado
Infiltração (I)
Chove muito, logo infiltra muito e evapora boa parte, mas I-EP>0.
Como solo está encharcado, ∆AS =0, toda a diferença de I-EP = Percolado
Percolação (PER) = P - ES - ∆AS - ERPercolação (PER) = P - ES - EP
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Mês SecoPrecipitação (P)Escoamentosuperficial (ES)Evapotranspiração (EP)
Cobertura
Lixo aterrado
Drenagem
Armazenamento (AS)Infiltração (I)
Chove pouco, logo infiltra pouco, solo perde água para a camada vegetada e evapora tudo: I-EP < 0, ∆AS<0.
Não há percolado.
Percolação (PER) = P - ES - ∆AS - ERPercolação (PER) = P - ES - ∆AS - {EP + [(I- EP) - ∆AS] }
Percolação (PER) = P – ES - ∆AS - EP - I + EP + ∆ASPercolação (PER) = P – ES - I Percolação (PER) = I – I = 0
http://www.ciiagro.sp.gov.br/ciiagroonline/Listagens/BH/LBalancoHidricoLocal.asp (*)
http://www.ciiagro.sp.gov.br/ciiagroonline/MenuMonClim.htm(*)
BASE DE DADOS CLIMATOLÓGICOS
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Exemplo: solo siltoso, declividade 4%
Consideração: mês chuvoso → acima de 100 mm
Mês chuvoso: C’ = 0,35 x 0,53 = 0,1855 ~ 0,19Mês seco = C’ = 0,35 x 0,40 = 0,14
C’ = C x α = valores encontrados em livros da área;
http://www.unipacvaledoaco.com.br/ArquivosDiversos/MANUAL_DO_ATERRO.pdf
DADOS SOBRE SOLOS
Ex:
Parâmetro
Meses
Anualjan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez
EP (mm) 121 110 110 82 61 50 48 64 76 93 103 115 1.033
P (mm) 256 202 190 108 57 31 12 19 66 117 138 232 1.426
C' 0,19 0,19 0,19 0,19 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,19 0,19 0,19
ES = C’ . P (mm) 48,6 38,4 36,1 20,5 7,98 4,34 1,68 2,66 9,24 22,2 26,2 44,1
I = P – ES (mm) 207 164 154 87,5 49 26,7 10,3 16,3 56,8 94,8 112 188 1.166
I-EP (mm) 86,4 53,6 43,9 5,48 -12 -23 -38 -48 -19 1,77 8,78 72,9 133
AS (mm) 50 50 50 50 46 40 31 22 20 50 50 50
∆AS (mm) - - - - -4 -6 -9 -9 -2 30 - -
ER (mm)* 121 110 110 82 53 32,7 19,3 25,3 58,8 93 103 115 923
PER (mm) 86,4 53,6 43,9 5,48 0 0 0 0 0 1,77 8,78 72,9 273
Resultado do balanço hídrico
Em vermelho: Ciiagro (* ER pode ser calculada de EP ou é igual a EP – meses chuvosos) Alaranjado: deve ser obtidas em campo ao menos granulometria (para definição de siltoso,
arenoso ou argiloso) e declividade
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No exemplo, dimensionamos que serão gerados 273 mm de chorume por ano.
O que isso significa?
Significa então que serão gerados 273 litros de chorume a cada metros quadrados de aterro.
Volume de Chorume Gerado = Percolado x ÁreaVolume de Chorume Gerado = Percolado x Área
Exemplo de cálculo de volume dechorumeAterro para 250 mil pessoaspor 20 anos
Área Total para disposição de resíduos = 105.033 m
2
12
Célula 1
47.324 m2
Aproveitando talude natural
Área Total para disposição de resíduos = 105.033 m
2
Célula 2
81.351 m2
Cobrindo Célula 1 e mais um trecho no
nível de resíduo aterrado na célula 1.
Área Total para disposição de resíduos = 105.033 m
2
13
Célula 2
83.569 m2
Cobrindo Célula 2 e mais um trecho no
nível de resíduo aterrado na célula 2
(chamado 2A). Há ainda sobreposição
de mais uma camada (chamado 2B).
Valor não é maior pois parte foi
impermeabilizada.
Área Total para disposição de resíduos = 105.033 m
2
Célula 3
103.303 m2
Cobrindo Célula 2B e mais um
trecho no nível de resíduo
aterrado na célula 2B.
Área Total para disposição de resíduos = 105.033 m
2
14
Célula 3
105.033 m2
Cobrindo Célula 3 e mais
um trecho no nível de
resíduo aterrado na célula
3 (chamado 3A). Há ainda
sobreposição de mais duas
camadas (chamadas 3B e
3C).
Área Total para disposição de resíduos = 105.033 m
2
Célula
Área
ocupada
(m2)
Meses
Anualjan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez
C-1 47.324 4089 2537 2078 259 0 0 0 0 0 84 416 3450 12.919
C-2 81.351 7029 4360 3571 446 0 0 0 0 0 144 714 5930 22.209
C-2A 83.569 7220 4479 3669 458 0 0 0 0 0 148 734 6092 22.814
C-2B 83.569 7220 4479 3669 458 0 0 0 0 0 148 734 6092 22.814
C-3 103.303 8925 5537 4535 566 0 0 0 0 0 183 907 7531 28.202
C-3A 105.033 9075 5630 4611 576 0 0 0 0 0 186 922 7657 28.674
C-3B 105.033 9075 5630 4611 576 0 0 0 0 0 186 922 7657 28.674
C-3C 105.033 9075 5630 4611 576 0 0 0 0 0 186 922 7657 28.674
Volumes resultantes de percolado por célula de aterro (m3)
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A QUANTIDADE DE ÁGUA (UMIDADE) PRESENTE NOS PRÓPRIOS RESÍDUOS NÃO É IMPORTANTE?
Caracterização Gravimétrica de Sorocaba-SP, 2011
MATERIAL Massa (%)
Erro(%) MATERIAL Massa
(%)Erro(%) MATERIAL Massa
(%)Erro(%)
Restos de comida 41,4 4,1 Latas de Alumínio 0,7 1,1 PEBD (filme) 1,1 0,3
Lixo de jardim 6,8 3,0 Alumínio (outros) 0,2 0,1 PEBD (rígido) 0,1 0,1
Fezes de Animais 2,9 1,2 Latas de Aço 1,0 0,6 PP (filme) 0,4 0,0b
Lixo de Banheiro 2,7 0,4 Outros Ferrosos 0,4 0,5 PP (rígido) 0,6 0,3
Fraldas 3,2 1,3 Fios de Cobre 0,8 1,5 PS expandido 0,2 0,1
Tecidos 2,8 1,2 Vidros intactos 4,8 2,1 PS rígido 0,3 0,1
Calçados 0,5 0,2 Vidros quebrados 0,6 0,4 Outros plásticos 0,7 0,6
Papel em Bom Estado 5,6 4,3 PET (incolor) 1,4 0,3 Termofixos 0,4 0,1
Papel em Mau Estado 3,2 1,0 PET (colorido) 0,3 0,1 Eletroeletrônicos 0,6 0,9
Papel Kraft 0,7 0,4 PET (óleo) 0,3 0,2 Gesso 0,2 0,4
Papelão 5,8 1,7 PET termoformado 0,3 0,1 Cerâmicas 0,1 0,2
Longa Vida 1,7 0,5 PEAD (filme) 2,0 0,4 Construção Civil 1,8 2,7
Emb. mistas (papel/plástico) 0,2 0,2 PEAD (rígido) 1,0 0,2 Perigosos 0,5 0,2
Embalagens Metalizadas 0,4 0,1 PVC 0,4 0,6 Itens Eventuais 1,1 0,4
Mantovani, V.A. Caracterização Detalhada dos Resíduos Sólidos Domiciliares de Sorocaba Visando Melhorias do Sistema de Coleta Seletiva. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental da UNESP. Sorocaba, 2013.
TEOR DE UMIDADE DOS RESÍDUOS DE SOROCABA: 39,91%
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Supondo que a cidade de 250 mil habitantes, do aterro considerado no exemplo desta aula, também tivesse umidade intrínseca dos resíduos igual a 39,91%.
Considerando 1 kg/hab por dia, serão 250.000 kg por dia ou 91.250.000 kg por ano. Se 39,91% é água são 36.417.875 kg de água ou 36.417.875 litros de água ou 36.417 m3.
No início da operação do aterro, célula C1, se gerava ~13.000 m3/ano de chorume segundo o Balanço Hídrico. Ao final da operação do aterro, nas células 3A,3B e 3C, a geração de chorume segundo o Balanço Hídrico é de ~30.000 m3/ano.
Porém, os resíduos só perdem umidade na forma líquida se estiverem saturados (pode ocorrer) e se houver mobilidade (além da força da gravidade, não há mobilidade).
Normalmente, resíduos biodegradáveis tem teores de umidade elevados, e esta água pode ser usada por microrganismos na biodegradação.
Qualidade do chorume
I II III IV V
Fases
Com
posi
ção
do c
horu
me
Tempo
pH
DQO
Ácidosvoláteis
Fe, Zn
•Fase I -Adaptação
•Fase II -Transição
•Fase III - Fase ácida
•Fase IV -Metanogênese
•Fase V - Fase de Maturação
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Valores (mg/l)
Características Novos aterros (menos de 2 anos)
Aterros antigos
Faixa de variação
Típico (mais de 10 anos)
DBO5 2.000-30.000 10.000 100-200
COT 1.500-20.000 6.000 80-160
DQO 3.000-60.000 18.000 100-500
Sólidos supensos totais 200-2.000 500 100-400
Nitrogênio orgânico 10-800 200 80-120
Nitrogênio amoniacal 10-800 200 20-40
Nitrato 5-40 25 5-10
Fósforo total 4-100 30 5-10
Alcalinidade como
CaCO3
1.000-10.000 3.000 200-1.000
pH 4,5-7,5 6 6,6-7,5
Dureza total como CaCO3
300-10.000 3.500 200-500
Tratamento de chorume� Grande variação na qualidade e quantidade
� Sazonais� Anuais� Operacionais� Qualidade dos resíduos
� Limitações no co-tratamento com esgotos� ETEs não estão dimensionadas para tanto� Legislação mais apertada (CONAMA 357/05)
� Tecnologias estão disponíveis� Solução:
� Estratégia de manejo� Flexibilidade do sistema
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Precipitação química
Ammonia Stripping
Filtro anaeróbio
Lagoa aerada
Lodo ativado oufiltro biológico
Lagoa facultativa
Cloração
Tratamento terciário
Chorume novo− Se muito N-NH 3 e
metais
Chorume novo− Se DBO acima de
10.000 mg/l
Chorume intermediário− Se DBO em
centenas de mg/l
Chorume velho− Se DBO em torno de
100 mg/l
Sistema de tratamentode esgotos
Grandes rios ou solo
Córregos e ribeirões
Características do chorume Local de lançamentoTipo de tratamento
McBean et al, 1995
-
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
2003 2008 2013 2018 2023
Ano
Con
cent
raçã
o (m
g/l)
-
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
Vol
ume
anua
l de
chor
ume
(m3)
Simulação de aterro, quanto a geração de chorume e variação de sua qualidade
Decaimento da DBO
Volume anual de chorume
19
-
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
2003 2008 2013 2018 2023
Ano
Car
ga o
rgân
ica
(kg)
Simulação de aterro, quanto a carga orgânica
Pico de carga não ocorre no pico da vazão
Carga orgânica = DBO x volume
Considerações
� Fundamental um tanque ou lagoa de armazenamento para equalização de vazão.
� Em geral, o pico de carga orgânica ocorrerá bem antes do pico da vazão:� Define a estratégia e os tipos de
tratamento, evitando o superdimensionamento
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Drenagem de chorume� Os liners e o sistema de drenagem
trabalham conjuntamente� O projeto deve considerar o tipo de
liner
� A boa drenagem minimiza riscos de vazamentos no liner
� A colmatação é um grande obstáculo para o bom funcionamento do sistema: não se deve economizar nesse elemento
Dreno de chorume
Interceptações e drenos em declive Planos em declive
ImpermeabilizaçãoDirecionamento do
chorume
(a) (b)
(c)
30 cm
60 cm
15 cm60 cm
Liner
Brita ou cascalhoGeotêxtil
Tubo coletor
Camada drenante
Brita ou cascalho
1 m
Geotêxtil
Geomembrana4
1
Tubulação de drenagem
Solo de proteçãoda geomembrana
Areia grossa
Solo argiloso compactado
Geotêxtil
Brita
Geomembrana
Reforço de Geomembrana
Tubo dreno
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Dimensionamento
� Parâmetros:� A taxa de escoamento de chorume;� O espaçamento entre os drenos;� A declividade do liner; e� A espessura e permeabilidade da camada de
drenante.� Fundamento: redução da lâmina líquida
sobre o liner, para evitar aumento de pressões e vazamentos
cccc
Dy ⋅
+⋅−+⋅= φ
φφ 22
max tantan
1tan
2
( )φφ tantan2
2max −+⋅= c
Dy
Expressão de Moore (1983):
Expressão de Richardson e Koener (1987):
Dreno
φ
Dreno
D
x
y
L
p
y
x
o
Ápice
NA
Liner
z
c = P/KP = quantidade de percoladoK = coef. permeabilidade
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1. Chorume: geração, drenagem, tratamento e destinação final
2. Cobertura e drenagem superficial
Cobertura final� Objetivos
� Minimização da infiltração de água do escoamento superficial;
� Limitar o escape de gases não controlados;� Eliminar a possibilidade de proliferação de
vetores;� Limitar o risco potencial do aparecimento
de fogo;� Prover uma superfície adequada para
recomposição vegetal.
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(a) (b)
(c) (d)
Solo de cobertura (60 cm)
GeotêxtilAreia ou pedrisco paradrenagem (30 cm)
GeomebranaSolo de sub-basecompactada (60 cm)
Resíduos
Solo de cobertura (60 cm)
GeotêxtilGeonet (drenagem)
GeomembranaSolo de sub-basecompactada (60 cm)
Resíduos
Solo de cobertura (60 cm)
GeotêxtilAreia ou pedrisco paradrenagem (30 cm)
Geomebrana
Argila compactada(60 cm) ou compósito
Solo de sub-basecompactada (30 cm)
Resíduos
Solo de cobertura(30 a 60 cm)
Solo (1,5 a 2,4 m)
Geomebrana
Solo de sub-basecompactada (30 cm)
Resíduos
Sugestões de Tchobanoglous
Camada para vegetação
Argila compactada(barreira hidráulica)
Material de cobertura
Resíduos
Camada drenante
Geotêxtil
Geotêxtil
Dreno de gás
60 cm
60 cm
60 cm
min. 15 cm
Composição da camada de cobertura do Tipo I e II, segundo McBean et al (1995).
Camada para vegetação
Material de cobertura
Resíduos
Geotêxtil
Geotêxtil
60 cm
60 cm
GeomembranaGeotêxtilGeogrid (p/ gás)
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Drenagem superficial
� Tão importante quanto o controle de chorume é o controle de águas pluviais
� Princípios básicos:� Impedir a entrada de água externa ao
aterro� Afastar o mais rápido possível as águas que
precipitam sobre o aterro (declives adequados)
� Camadas intermediárias exigem drenagem provisória eficiente