Avaliação da geração de biogás a partir do tratamento anaeróbio de lixiviado fresco, proveniente das coletas de resíduos sólidos urbanos: um estudo de caso em municípios do RS
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2025-09-19
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A gestão adequada do lixiviado proveniente de resíduos sólidos urbanos (RSU) representa um desafio técnico e ambiental, especialmente devido à sua elevada carga orgânica e variabilidade composicional. Nesse cenário, tecnologias de tratamento de baixo custo e alta eficiência, como os reatores anaeróbios, têm sido amplamente estudadas. A digestão anaeróbia, além de promover a remoção de matéria orgânica, permite a geração de biogás como fonte alternativa de energia. Contudo, a aplicação desse processo ao lixiviado fresco requer etapas de adaptação da biomassa e controle rigoroso das condições operacionais. Este estudo teve como objetivo avaliar o desempenho de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), em escala laboratorial, operando em regime contínuo com lixiviado fresco de RSU como substrato. A pesquisa foi dividida em três etapas experimentais. Na Etapa 1, caracterizou-se o lixiviado proveniente da coleta urbana de 16 municípios da região nordeste do Rio Grande do Sul. As análises físico-químicas indicaram elevada variabilidade entre os municípios e destacaram a sua complexidade, com concentração média de DQO total de 157.425 mg/L. A Etapa 2 incluiu testes do substrato por meio de ensaios de Potencial Bioquímico de Metano (BMP) em diferentes relações S₀/SV e a avaliação da Atividade Metanogênica Específica (AME) do lodo utilizado como inóculo. Os resultados demonstraram aumento progressivo na produção de metano conforme a carga orgânica aumentava, com valores de BMP variando de 17,2 a 614,1 NmLCH4·gSV e chegando a 1.524 NmLCH4·gDQO nas maiores cargas testadas. A concentração de metano no biogás atingiu valores superiores a 75% nas faixas 1,0 e 2,0, com coeficientes de correlação R² superiores a 0,995, evidenciando a excelente conversão dos ácidos voláteis (AVs) e a estabilidade microbiológica do processo. A atividade metanogênica específica (AME) do lodo alcançou 0,702 LCH4·gSV·d, valor considerado elevado, indicando o bom potencial do inóculo utilizado. Adicionalmente, a caracterização do lodo revelou boas propriedades físico-químicas, como velocidade média de sedimentação de 0,027 m/s e predominância de partículas acima de 300 µm, favoráveis à retenção de biomassa. A Etapa 3 teve como objetivo avaliar o desempenho de um reator UASB em escala piloto, operando em regime contínuo para o tratamento de lixiviado fresco de resíduos sólidos urbanos (RSU). Ao longo de seis meses de operação, foram realizadas 210 análises, com controle de temperatura a 37 °C. O sistema apresentou alta estabilidade, com pH de saída levemente alcalino (~8,4) e razão AV/AT estabilizada abaixo de 0,3 após a fase inicial, indicando equilíbrio entre acidogênese e metanogênese. As eficiências de remoção de DQO ultrapassaram 80% após o período de adaptação. A produção de biogás cresceu de forma contínua, com teores de metano superiores a 65%, evidenciando conversão eficiente da matéria orgânica. Os sólidos sedimentáveis decresceram de >100 mg/L para <10 mg/L nas primeiras semanas, e os sólidos voláteis e suspensos também apresentaram um decréscimo significativo, refletindo uma boa biodegradação dos compostos. A análise cromatográfica evidenciou um acentuado decréscimo dos ácidos graxos voláteis, especialmente do ácido acético. A elevada concentração desse ácido se confirma um efluente acidificado, condição típica de lixiviados jovens, ainda nas fases iniciais de decomposição. A conversão consistente desses intermediários metabólicos reforça a adaptação e robustez da microbiota metanogênica. Os dados confirmam a viabilidade técnica do reator UASB para o tratamento de lixiviado fresco, com elevado desempenho na remoção de matéria orgânica e na geração de biogás. [resumo fornecido pelo autor]
Resumo
The proper management of leachate generated from municipal solid waste (MSW) represents a technical and environmental challenge, particularly due to its high organic load and compositional variability. In this context, low-cost and high-efficiency treatment technologies, such as anaerobic reactors, have been widely investigated. Anaerobic digestion, in addition to promoting the removal of organic matter, enables the production of biogas as an alternative energy source. However, applying this process to fresh leachate requires biomass adaptation steps and strict control of operational conditions. This study aimed to evaluate the performance of a laboratory-scale Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor operating in continuous flow with fresh MSW leachate as substrate. The research was divided into three experimental phases. In Phase 1, the leachate collected from urban solid waste in 16 municipalities in the northeastern region of Rio Grande do Sul was characterized. The physicochemical analyses revealed high variability among municipalities and highlighted the complexity of the leachate, with an average total COD concentration of 157,425 mg/L. Phase 2 included substrate evaluation through Biochemical Methane Potential (BMP) assays with different S₀/SV ratios, as well as the assessment of the Specific Methanogenic Activity (SMA) of the sludge used as inoculum. The results showed a progressive increase in methane production as organic loading increased, with BMP values ranging from 17.2 to 614.1 NmLCH4·gSV and reaching 1,524 NmLCH4·gCOD at the highest loads tested. Methane concentrations in the biogas exceeded 75% in the 1.0 and 2.0 ratios, with correlation coefficients (R²) greater than 0.995, evidencing excellent conversion of volatile acids (VAs) and high microbiological stability. The sludge displayed a high specific methanogenic activity (0.702 LCH4·gSV·d), indicating strong inoculum potential. Additionally, sludge characterization showed favorable physicochemical properties, including an average settling velocity of 0.027 m/s and dominance of particles above 300 µm, both conducive to biomass retention. Phase 3 aimed to evaluate the performance of a pilot-scale UASB reactor operating in continuous flow for the treatment of fresh MSW leachate. Over six months of operation, 210 analyses were conducted, with temperature controlled at 37 °C. The system demonstrated high stability, with effluent pH slightly alkaline (~8.4) and the VA/TA ratio stabilized below 0.3 after the initial phase, indicating a balanced relationship between acidogenesis and methanogenesis. COD removal efficiencies exceeded 80% after the adaptation period. Biogas production increased consistently, with methane contents above 65%, demonstrating efficient conversion of organic matter. Settleable solids decreased from >100 mg/L to <10 mg/L within the first weeks, and volatile and suspended solids also dropped significantly, reflecting effective biodegradation. Chromatographic analysis showed a marked reduction in volatile fatty acids, particularly acetic acid. The high initial concentration of this acid confirmed an acidified effluent, typical of young leachate in the early stages of decomposition. The consistent conversion of these metabolic intermediates reinforces the adaptation and robustness of the methanogenic microbiota. Overall, the results confirm the technical feasibility of the UASB reactor for treating fresh leachate, achieving high performance in organic matter removal and biogas generation. [resumo fornecido pelo autor]
Citação
Barbosa, F. A. T.