Sistemas de drenagem de percolados

Durante o processo de decomposição da matéria orgânica dos resíduos sólidos ocorre uma grande produção de gases e de percolados. As características físicas, químicas e biológicas, bem como o volume e a vazão desses materiais, dependem, entre outros fatores, da idade do aterro, das condições atmosféricas, principalmente relacionadas às precipitações, do tipo de aterro, do tipo de cobertura utilizado nas células, do revestimento final do aterro e da compactação dos resíduos.

O sistema de drenagem tem por objetivo coletar e remover o mais rapidamente possível os lixiviados gerados do interior do aterro sanitário; evitar a contaminação dos recursos hídricos e manter a estabilidade do aterro.

Em geral, esses sistemas servem para drenar simultaneamente os percolados e os gases.

Classificação dos drenos em aterro

Os drenos para drenagem do chorume pode ser classificado de acordo com sua função em:

Drenos de talude.
Drenos horizontais.
Drenos de fundação ou de base.

Drenos de talude

São drenos horizontais ao longo das bermas, instalados transversalmente ao talude. Estes drenos têm por finalidade captar eventuais vazões de percolados não interceptadas pelo sistema de drenagem principal, e conduzi-las aos drenos de fundação (Figura D.14).

Drenos horizontais

São utilizados para promover a dissipação de níveis piezométricos dos percolados e de bolsões de gases presos nas células de resíduos já concluídas.

Sua implantação é realizada após a conclusão de cada célula de resíduos, mediante a escavação de uma trincheira preenchida com material granular.

Esses drenos são interligados aos poços verticais de drenagem de gás e de percolados, os quais conduzirão os percolados para o sistema de drenagem da fundação. (Figura D.16)

Drenos de fundação ou base

O sistema de drenagem de fundação ou base é composto por uma rede de valas subsuperficiais, preenchidas com material drenante (brita ou cascalho) ou tubulações de concreto, PVC ou PEAD, como pode ser observado na figura D.9.

A rede de drenagem de chorume deve abranger toda a superfície de base do aterro, de forma a ser capaz de captar e escoar os líquidos que atravessam a massa do aterro para uma caixa de acumulação localizada em ponto de cota inferior ao aterro.

Os principais objetivos do sistema de drenagem de base são: coletar e conduzir o líquido lixiviado, reduzindo as pressões destes sobre a massa de resíduo e, também, minimizar o potencial de migração para o subsolo e consequente contaminação.

Na Figura D.17 é apresentada uma instalação típica do sistema de drenagem de chorume.

Na Figura D.18 é apresentada uma instalação típica do sistema de drenagem de chorume.

O material utilizado nos sistemas de drenagem de percolados deve apresentar algumas características essenciais como:

material quimicamente resistente ao resíduo e ao lixiviado;
resistente a pressões ;
projetado e operado de forma a não sofrer obstruções durante o período de vida útil e pós-fechamento do aterro.

Segunda a norma brasileira NBR 13.896, um sistema de drenagem de coleta e remoção de lixiviados deve ser:

instalado imediatamente acima da impermeabilização;
dimensionado de forma a evitar a formação de uma lâmina de líquido lixiviado superior a 30 cm sobre a impermeabilização;
construído de material quimicamente resistente ao resíduo e ao líquido lixiviado e suficientemente resistente a pressões originárias da estrutura total do aterro e dos equipamentos utilizados na operação;
projetado e operado de forma a não sofrer obstruções durante o período de vida útil e pós-fechamento do aterro.

Formas de instalação do sistema de drenagem de fundação ou base

Os drenos de lixiviados podem ser construídos na forma de:

colchão drenante
rede de drenagem

Colchão drenante

Nessa concepção a superfície da base do aterro é totalmente coberta com material drenante ou na forma de linhas de drenos como pode ser observado nas figuras D.19.

Nas Figuras D.20 e D.21 são apresentados exemplos de instalação do colchão drenante.

Rede de drenagem

A rede de drenagem de lixiviados pode ter várias configurações em planta, sendo que a opção a ser adotada no projeto depende fundamentalmente da topografia do local e da geometria do projeto do aterro. Na figura D.22 são apresentadas algumas configurações de redes de drenagem. Os drenos além do fundo do aterro devem também abranger parte dos taludes.

Em todos os sistemas mostrados na figura D.22, o lixiviado flui por gravidade para as áreas de acúmulo ou pontos de saída (identificados com um círculo branco na figura acima), onde algum sistema de remoção é instalado. Algumas dessas opções de saída são:

poço de visita que sobe através dos resíduos (e da cobertura final) para a remoção por bombeamento do lixiviado;( Figura D.23)
tubulação colocada sobre o talude impermeabilizado, chegando até o local de acúmulo;
tubulação inclinada que passa através do talude e faz a descarga fora da célula do aterro (normalmente feito por gravidade, sem necessidade de bombas).

Sempre que possível, deve-se optar por fazer a descarga ou retirada do lixiviado do interior do aterro sem a utilização de bombas, uma vez que o uso desse tipo de equipamento sempre corresponde a uma fragilidade do sistema e leva à possibilidade de falhas. Quando a impermeabilização inferior for feita com geomembrana, cuidados especiais devem ser tomados, na passagem da tubulação de saída de lixiviados por esta camada.

Estruturas para a captação do percolado

Os sistemas de coleta e tratamento de líquidos percolados são compostos por:

dreno de brita com tubo guia;
caixas de acumulação;
estação de bombeamento;
estação de tratamento de líquidos percolados.

Os líquidos percolados podem ser tratados por processos físico-químicos convencionais, processos biológicos e processos avançados.

Métodos para estimativa da geração de percolados

Entre os vários fatores que influenciam o volume de lixiviado gerado, destacamos os seguintes:

clima local (regime de precipitações pluviométricas, temperatura, velocidade e

direção dos ventos, umidade relativa do ar);

tipo de cobertura dos resíduos (material, espessura, periodicidade);
umidade dos resíduos no momento do aterramento;
grau de compactação dos resíduos;
capacidade dos resíduos em reter umidade;
infiltrações subterrâneas (no caso de não haver impermeabilização inferior).

Para estimar a vazão de lixiviado gerado, os métodos mais utilizados são os embasados no balanço hidrológico, existindo para tanto grande número de equações baseadas em múltiplos modelos analíticos para quantificar os processos hidrológicos envolvidos. Um exemplo de equação para balanço hídrico em aterros sanitários é apresentado abaixo.

onde:
L = geração de lixiviado;
P= entrada devido à precipitação;
WSR = entrada de água pluvial de fora do aterro;
WIR = entrada de irrigação ou recirculação;
WD = contribuição de água devido à decomposição dos resíduos;
WGW = infiltração pela base;
ES = escoamento superficial;
ET = evapotranspiração;
ΔSS = variação da umidade armazenada no solo de cobertura;
ΔSR = variação da umidade armazenada nos resíduos sólidos.

A Figura D.24 apresenta, de forma simplificada, os parâmetros envolvidos na análise de geração de percolados em aterros sanitários no modelo do balanço hídrico.

Método Suíço

A relação entre precipitação pluviométrica e escoamento de líquidos percolados foi estudada por Hans Jürgen Eling, para vários aterros. Baseado neste estudo, o autor suíço,criou uma sistemática empírica para determinação das descargas de percolados, originado o nome do método.

É um método de formulação simples semelhante ao Método Racional, entretanto não considera os efeitos da evaporação potencial e de baixa precisão.

A fórmula algébrica para a aplicação do método suíço, onde se estima a vazão de percolado é mostrada na Equação abaixo.

onde:
Q = vazão média do percolado em litros por segundo;
P = precipitação média mensal (mm);
A = área total do aterro (m²);
t = número de segundos em 1 mês que é de 2592000 segundos;
K = coeficiente que dependente do grau de compactação dos resíduos sólidos urbanos (valor tabelado conforme Tabela D.2).

Tipo de aterro	Peso específico dos resíduos compactados	K
Aterro fracamente compactado	0,4 a 0,7 t/m3	0,25 a 0,5
Aterro fortemente compactado	Acima de 0,7 t/ m3	0,15 a 0,25

Tabela D.2

Método Racional

O cálculo da vazão superficial por este método baseia-se em três parâmetros: área da bacia de contribuição; intensidade e duração das chuvas e o coeficiente de escoamento, conforme Equação abaixo:

onde:
Q = vazão superficial máxima (L/s ou m³s);
C = coeficiente de escoamento ou “runoff”, relação entre o pico de vazão e a chuva média sobre a área receptora (valor tabelado conforme tabela D3);
I = intensidade média da chuva (L ou m³ por ha/s);
A = área da bacia receptora da chuva (ha).

Entretanto, para obter a parcela da precipitação que infiltra, deve-se subtrair o volume total precipitado sobre a área do aterro do volume escoado, que é calculado pelo método racional, dentro do mesmo intervalo de tempo. Deste resultado, deve-se, subtrair a parcela de água devida à evapotranspiração. Tem-se, portanto, a fórmula algébrica mostrada na Equação abaixo:

onde:
Q = vazão do percolado em litros por segundo;
P = precipitação média mensal, em milímetros;
EP = evaporação Potencial, em milímetros;
A = área de contribuição em metros quadrados;
t = número de segundos em 1 mês (2592000 s);
ES = escoamento superficial, em milímetros; calculado por:

Onde:
P = Precipitação média mensal.
C = Coeficiente de escoamento superficial ("run-off", adimensional).

Tipo de solo	Declividade (%)	Coeficiente C
Tipo de solo	Declividade (%)	Estação Seca	Estação úmida
Arenoso	0 a 2	0,05	0,10
Arenoso	2 a 7	0,10	0,15
Argiloso	0 a 2	0,17	0,18
Argiloso	2 a 7	0,18	0,22

Tabela D3 – Valores do coeficiente de escoamento superficial (C) em relação ao tipo de solo, declividade e índice pluviométrico.

Unidade D – Sistema de Impermeabilização

Sistemas de drenagem de percolados