Drenagem de gases
Em relação à estrutura dos aterros sanitários, o controle da emissão de biogás reduz a chance de instabilidade do aterro, minimiza a migração desses gases para áreas adjacentes ao aterro, ocasionando infiltrações nos sistemas de esgoto, e melhora o bem-estar da população vizinha ao aterro, graças à redução dos odores produzidos pela emissão de mercaptanas e compostos com enxofre.
Dessa forma, os principais objetivos do sistema de drenagem de gases em aterros sanitários são:
- Proteger contra emissões de odores e mau cheiro.
- Proteger contra impactos de migração de gás através dos solos nativos para prédios e para os serviços.
- Impedir preocupações sobre qualidade do ar associadas às emissões de gás de aterro.
- Reduzir emissões à atmosfera.
- Otimizar a recuperação do gás de aterro para uso como combustível ou produto de energia.
Sistema para extração e tratamento do biogás do aterro
Usualmente, para grandes aterros, costuma-se planejar a implantação do sistema de extração em fases, ampliando as instalações conforme o aumento da geração de biogás, de forma a reduzir o investimento inicial.
O sistema de extração é composto basicamente por drenos horizontais e verticais.
Os drenos existentes na grande maioria dos aterros sanitários brasileiros e que apresentam boa vazão de biogás poderão ser adaptados e integrados ao sistema de captação. A adaptação consiste na impermeabilização da parte superior dos drenos, instalação de um cabeçote e interligação ao sistema de coleta.
Os sistemas de drenagem de gases de aterro sanitário podem ser classificados em: Sistema Passivo e Sistema Ativo.
Sistema passivo
O biogás é queimado no topo dos poços (cabeça do poço), com uma eficiência de combustão de até 90%. A quantidade de biogás que chega nesses poços está localizada em torno da estrutura, que é drenado naturalmente. Consequentemente, a eficiência de destruição do gás varia de 5 a 20% do total de gás produzido, dependendo do tipo e condições da área. Esse sistema é o mais utilizado no Brasil.
A Figura D.28 ilustra a área (bulbo) de abrangência do poço passivo no interior da massa de resíduos.
Sistema Passivo: Formas usuais de construção dos drenos
- Utilizando-se um tubo guia dentro do qual são colocadas pedras britadas n° 3 e 4 (10 cm), com o tubo sendo elevado conforme a cota do aterro (Figura D.29a).
- Utilizando-se tubos perfurados de concreto com diâmetro de 0,5 ou 1 m sobrepostos conforme a cota do aterro (Figura D.29b).
- Utilizando-se uma forma feita de tela, onde se colocam pedras (Figura D.29c).
- A profundidade máxima dos poços verticais deve ser restringida entre 80% e 90% da altura do aterro, de forma a evitar danos à impermeabilização de base.
Características construtivas
Os poços são constituídos por tubos perfurados de concreto envoltos por uma camada de rachão de espessura não inferior a 0,50m, mantida junto aos tubos, através da instalação de uma tela metálica (Figuras D.30 e D.31).
A figura D.32 apresenta um esquema gráfico dos elementos que compõem um sistema passivo de captação de gás em aterro, muito utilizado no Brasil por sua simplicidade e baixo custo.
A figura D.33 mostra o queimador (Flare) do sistema de captação de gás de aterro do aterro controlado do município de Pelotas, RS.
Sistemas ativos
O biogás é coletado por exaustão forçada (sucção) provida por equipamentos denominados de sopradores, instalados no sistema. O aterro deve apresentar um sistema de impermeabilização superior para evitar a fuga do gás para a superfície.
A eficiência de Coleta no sistema ativo é superior a 80% em relação ao total de gás produzido no aterro. Além disso, a eficiência da combustão no flare é superior a 90%. Esse sistema é indicado para aterros que visem ao reaproveitamento do biogás.
A Figura D.34 ilustra a área (bulbo) de abrangência do poço ativo no interior da massa de resíduos.
Uma vantagem desse sistema é a redução de odores desagradáveis, devido ao escape de gases pela camada de revestimento do aterro, uma vez que há a tendência de entrada de oxigênio e nitrogênio da atmosfera. A figura D.35 mostra exemplos de poços do sistema de captação ativo.
A figura D.36 apresenta um esquema gráfico dos elementos que compõem um sistema ativo de captação de gás em aterro, utilizado principalmente em aterros cujo projeto visa à captação do biogás para fins energéticos.
Dimensionamento dos drenos de biogás
Podem ser utilizados tanto drenos verticais quanto horizontais para a retirada do gás dos aterros. Os drenos verticais de gás são os mais utilizados, sendo que, neste caso, sempre são interligados com os drenos horizontais de lixiviados. Na verdade, o sistema funciona como sendo um sistema misto. Os drenos horizontais que drenam os lixiviados também conduzem os gases na sua parte superior. Quando os drenos de lixiviados interceptam os drenos de gás, o biogás sobe por estes últimos.
Da mesma forma, quando os drenos intermediários de lixiviados das camadas mais superiores do aterro interceptam os drenos verticais de gás, o lixiviado desce por esses drenos até chegar ao fundo do aterro e ser conduzido para fora pelo sistema de drenos de fundo.
Para dimensionar o dreno vertical, podem-se utilizar equações de fluxo de fluídos (neste caso um gás) em meios porosos (brita) ou mesmo em tubulações. Mas pelas vazões relativamente baixas nos drenos verticais; e como é desejável manter-se pequenas pressões e baixas velocidades no interior dos drenos, de modo a permitir que o lixiviado que chega aos drenos verticais desça ao fundo do aterro, em vez de ser arrastado até a superfície pela velocidade ascendente excessiva do biogás, normalmente, adota-se um dimensionamento empírico do sistema vertical de drenos. Neste caso, adotam-se grandes diâmetros que resultam numa velocidade ascensional mais baixa. Os diâmetros adotados em projeto variam de 50 a 100 cm, sendo preenchidos com rocha brita 3, 4 ou 5.
Aterros maiores e de maior altura podem possuir drenos verticais de até 150 cm de diâmetro.
No interior dos drenos verticais pode-se colocar tubulação perfurada de PVE ou de polietileno com diâmetros variando entre 100 e 150 mm. Neste caso, o queimador apresenta grande diâmetro.
No projeto, a distribuição em planta dos drenos verticais de gases é feita considerando um raio de influência, ou de captação de biogás, de cada dreno pode variar de 15 a 30 m.
Uma vez definido o raio de influência de cada dreno, o projetista faz a distribuição dos drenos verticais em planta, de modo a haver sobreposição dos raios de influência.