Characterization of the organic fraction of municipal solid waste stored in lysimeters using physical, chemical and biochemical variables

Orientador: Miriam Gonçalves MiguelDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: O gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos (RSU) é um grande desafio para o Brasil e, a caracterização desses resíduos é uma etapa primordial para que os processos de reciclagem, tratamento ou destinação final sejam aplicados adequadamente. Esse trabalho propõe a caracterização física, química e bioquímica da fração orgânica de RSU, que simulam aqueles confinados em aterros sanitários, de modo a avaliar o processo de biodegradação sofrido pelos resíduos, quando submetidos a diferentes condições de operação. Para esse fim, foram determinados o teor de umidade, o teor de sólidos totais, fixos e voláteis, a granulometria, a concentração de nitrogênio total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal, a composição elementar (C, H e N), o teor de carboidratos (holocelulose), lignina, proteínas e lipídios. As amostras de RSU foram coletadas em dois lisímetros (L2 e L5), ambos com volume de aproximadamente 5,9 m3, localizados na área experimental do laboratório de Protótipos da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) da Unicamp. Cada um dos lisímetros apresenta nove pontos de amostragem distribuídos uniformemente em três alturas distintas, o que permitiu a preparação de amostras compostas de todo o resíduo armazenado. Em um dos lisímetros (L2), o resíduo foi submetido a sucessivas aplicações de soluções de cloreto de sódio que tende a retardar o seu processo de digestão anaeróbia. Foram realizadas duas campanhas de amostragem com intervalo de 5 neses e, após as coletas das amostras, ocorreu a segregação entre a fração biodegradável (restos de alimentos e resíduos de jardinagem) e os demais resíduos, também chamados de inertes (como plástico, metal, papel, entre outros), foram então preparadas amostras, da primeira campanha amostragem e da segunda campanha de amostragem, a partir da fração biodegradável para as alturas A, B e C e para todo o lisímetro (L2-A-1, L2-B-1, L2-C-1, L2-OR-1, L5-A-1, L5-B-1, L5-C-1, L5-OR-1, L2-B-2, L2-OR-2, L5-A-2, L5-B-2, L5-C-2 e L5-OR-2) para cada um dos lisímetros, L2 e L5. Ao avaliar-se as amostras L2-OR-1 e L5-OR-1, constatou-se que de acordo com todos os parâmetros determinados (teor umidade, sólidos voláteis, NTK, nitrogênio amoniacal, C, H, N, lipídios, carboidratos, proteínas e lignina) a biodegradação foi mais intensa no lisímetro L5. Comportamento semelhante ao observado para a maioria das variáveis das amostras L2-OR-2 e L5-OR-2, confirmando a eficiência da solução salina como agente retardante do processo de biodegradação anaeróbia. A avaliação para diferentes alturas não possibilitou a determinação de um comportamento específico em relação à biodegradação dos RSU. Os resultados obtidos para as duas campanhas de amostragem, com um intervalo de 5 meses, se mantiveram praticamente constantes para a maioria das variáveis, com exceção da lignina e da composição elementar, indicando que não houve biodegradação significativaAbstract: The municipal solid waste (MSW) management is a great challenge for Brazil, and the characterization of these materials is an important step to guarantee that the recycling, treatment or final disposal processes are properly applied. This study proposes the physical, chemical and biochemical characterization of the MSW organic fraction, which simulates those confined in landfills, in order to evaluate the waste biodegradation process for different operating conditions. For this purpose, the moisture content, the total fixed and volatile solids content, size-particle distribution, total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammoniacal nitrogen, elemental composition (C, H, N), the content of carbohydrates (holocellulose), lignin, proteins and, lipids were measured. MSW samples were collected in two lysimeters (L2 and L5), both with a volume of approximately 5.9 m3, located in the experimental area of the Laboratory of Prototypes, Faculty of Civil Engineering, Architecture and Urbanism (FEC) at Unicamp. Each lysimeter presents nine collection points distributed evenly at three distinct heights, which allowed the preparation of composite samples of all the stored waste. In one of the lysimeters (L2), the waste was submitted to successive applications of sodium chloride solution that tends to delay its anaerobic digestion process. Two sampling collections were carried out with an interval of 5 months and, after the collection of the samples, it was made the segregation between readily biodegradable fraction (food waste and garden pruning) and other types of waste (such as plastic, metal, paper, among others). Samples from the first and the second sampling campaign were prepared from the readily biodegradable fraction for the heights A, B and C and for the whole lysimeter (L2-A-1, L2-B -1, L2-C-1, L2-OR-1, L5-A-1, L5-B-1, L5-C-1, L5-OR1, L2-B-2, L2-OR2 , L5-A-2, L5-B-2, L5-C-2 and L5-OR-2) for each one of the lysimeters, L2 and L5. The evaluation of the L2-OR-1 and L5-OR-1 samples showed that for all the parameters determined (moisture content, volatile solids, TKN, ammoniacal nitrogen, C, H, N, lipids, carbohydrates, proteins, and lignin) the biodegradation was more intense in the lysimeter L5. This behavior was similar to that observed for the most part variables form L2-OR-2 and L5-OR-2 samples, confirming the efficiency of the saline solution as an anaerobic biodegradation retarding agent. The evaluation for different heights did not allow the determination of a specific behavior related to the biodegradation process of MSW. The results obtained for the two sampling collections showed that the results remained practically constant for the most part of the variables, with the exception of lignin and the elemental composition, indicating that there was no significant biodegradation during this periodMestradoSaneamento e AmbienteMestre em Engenharia Civil01-P-03713/2017CAPE