Emissão fugitiva de metano através do sistema de cobertura de um aterro sanitário considerando a ocorrência de zonas com fissuramento

Abstract

O sistema de cobertura de um aterro sanitário é um dos mecanismos para evitar ou minimizar a emissão do biogás produzido para a atmosfera. Porém, ao longo do tempo e em contato com as condições ambientais, a cobertura pode ter sua eficiência reduzida. As emissões fugitivas são influenciadas por alguns parâmetros tais como tipo e qualidade do sistema de cobertura, tipo, densidade e teor de umidade do solo usado na cobertura, presença de caminhos preferenciais de fluxo (fissuras na camada), bem como técnica operacional do aterro. Em unidades de disposição que reaproveitam o metano, a quantificação das emissões fugitivas permite avaliar a eficiência dos sistemas de cobertura e de extração de biogás e otimizar seu reaproveitamento. Este trabalho avaliou as emissões fugitivas de metano pelo sistema de cobertura de um aterro sanitário de grande porte localizado em uma região de clima tropical, por meio de ensaios de placa de fluxo estática, realizados em zonas trincadas e não trincadas, em dois períodos de pluviosidade distinta. A área de estudo foi delimitada em uma célula do Aterro Sanitário Metropolitano Centro – ASMC (Salvador – Ba), que constitui a maior unidade de disposição final de resíduos sólidos urbanos (RSU) do estado da Bahia. Também foram realizados ensaios de caracterização da cobertura, um levantamento das trincas da área, coleta de dados sobre histórico de disposição de resíduos, precipitação diária, sucção aplicada e vazão de biogás nos drenos. Por meio de uma análise estatística foram obtidos coeficientes de correlação entre a emissão fugitiva e as variáveis independentes associadas (precipitação, umidade e massa específica seca do solo, sucção média diária aplicada nos drenos da área, sucção diária aplicada no dreno mais próximo ao ponto ensaiado e distância entre estes últimos) e propostos modelos de estimativa das emissões fugitivas considerando a ocorrência de zonas trincadas e não trincadas. A aplicação do histórico de disposição de resíduos no modelo de decaimento de primeira ordem e o levantamento da vazão de metano nos drenos de biogás permitiram calcular a geração e o reaproveitamento de metano na área, respectivamente, durante o período de análises. As emissões fugitivas de metano medidas nos ensaios variaram de 0 a 355,55 g/m2 .dia, situando-se na faixa de valores encontrados para camadas de cobertura semelhantes a que foi investigada neste estudo. No período chuvoso, houve um aumento das emissões nos pontos localizados em zonas trincadas, ocasionado pelo aumento da umidade do solo e direcionamento do fluxo gasoso para os caminhos preferenciais. Considerando um modelo linear, as correlações entre as variáveis não explicaram a mudança de comportamento das emissões fugitivas, uma vez que poucas apresentaram valores com significância. Modelos exponenciais explicaram a variação das emissões em áreas trincadas e não trincadas, com R2 ajustado de 0,86 e 0,82, respectivamente. Para isso foi necessário um número elevado de variáveis independentes. Conforme estes modelos, as emissões fugitivas representaram, em média, 12% do metano produzido (soma das emissões fugitivas e da vazão reaproveitada) na área durante o período de análises. Neste período, a produção de metano na área de estudo correspondeu a 56% do valor estimado pelo modelo de decaimento de primeira ordem, indicando que as emissões fugitivas não constituem o único fator que vem causando a redução da produtividade na usina termoelétrica do ASMC.

The cover system of a sanitary landfill is one of the mechanisms to avoid or minimize the emission of biogas produced in landfills to the atmosphere. However, its long term efficiency can significantly decrease due to the weathering wetting/drying cycles over time. Fugitive emissions are influenced by some parameters of the cover layer such as dry density and moisture content, presence of preferential flow paths (shrinkage tension cracks) as well as operational techniques of the landfill. In disposal units that reuse methane, the quantification of fugitive emissions allows to evaluate the efficiency of the cover systems and optimize the extraction of biogas. This paper evaluated the fugitive emissions of methane by the cover system of a large sanitary landfill located in a tropical region, by means of static flux chamber tests carried out in cracked and non-cracked zones. Tests were performed in periods with high and low rainfall. The study area was delimited in a cell of the Metropolitan Center Sanitary Landfill (MCSL - Salvador - BA), which is the largest final disposal unit of municipal solid waste (MSW) in the state of Bahia. Cover characterization tests, a survey of the cracks in the area, data collection about the waste disposition history, daily precipitation, applied gas suction and biogas flow in the drains have also been carried out. Through a statistical analysis were obtained correlation coefficients between fugitive emission and the associated independent variables (precipitation, moisture content and dry density of the soil, daily average gas suction in the drains, daily suction applied to the nearest drain and distance between the point tested and the nearest drain) and proposed models for the estimation of fugitive emissions considering the occurrence of cracked and non-cracked areas. The application of waste disposition history in first-order decay model and the surveying of methane flow in biogas drains allowed to calculate the methane generation and methane recovered in the area, respectively, during the period of analyses. The fugitive emissions of methane measured in the tests ranged from 0 to 355 g/m2 .day. These values are comparable with the range of values found for similar cover layers in another landfills. During the rainy season, there was an increase in emissions in points located in cracked areas. This was caused by the increase in the soil moisture and the fact that soils cracks act as preferential flow paths. Considering a linear model, the correlations between the variables did not explain the emissions behavior in field, since few presented values with significance. Exponential models explained the variation of emissions in cracked and non-cracked areas, with adjusted R2 of 0.86 and 0.82, respectively. For which a large number of independent variables were required. According to these models, the fugitive emissions accounted for, on average, 12% of the methane produced (sum of fugitive emissions and recovered gas) in the area during the period of analysis. In this period, the production of methane in the study area accounted for 56% of the predicted value by first-order decay model, indicating that the fugitive emissions are not the only factors that have been causing the reduction of productivity in the MCSL thermoelectric plant.