Nos últimos anos, a preocupação com a poluição e a contaminação do subsolo provocadas pela disposição de resíduos sólidos urbanos ou industriais tem crescido no Brasil, principalmente no que diz respeito aos lixões e aterros controlados em operação ou desativados na maioria das cidades brasileiras de pequeno e médio porte. A tese apresenta os resultados de diversas campanhas de investigação realizadas no aterro de resíduos sólidos urbanos de Bauru, situado no centro do Estado de São Paulo e sobre o aqüífero Bauru, que aflora em cerca da metade de todo o território paulista. O objetivo foi avaliar a poluição e a contaminação do entorno e do subsolo do aterro, através da utilização de diferentes técnicas de investigação. Entre as técnicas utilizadas, incluem-se: geofísica de superfície, poços de monitoramento, piezocone (CPTU), piezocone de resistividade (RCPTU) e amostragem de solo e água. Ensaios de laboratório de caracterização, resistividade elétrica e com percolação de chorume em amostras indeformadas de solo foram realizados para confirmar e entender melhor o caminhamento e a interação das plumas de contaminação com o meio. Uma revisão de todas as informações prévias sobre as características físicas, hidrogeológicas e de operação do aterro, desde sua implantação, em 1992, foi fundamental para a escolha dos locais para realização dos novos ensaios de campo e re-interpretação dos mesmos. As principais contribuições são: a) Aplicação de novas técnicas de investigação em solos tropicais contaminados; b) Desenvolvimento de um sistema em laboratório para estimativa de parâmetros de transporte de poluentes e para medida de resistividade elétrica em solos tropicais; c) Avaliação da resistividade elétrica como uma ferramenta promissora para investigação geoambiental; d) Avaliação da contaminação e da poluição no aterro a partir de diferentes técnicas de investigação; e) Orientação e sugestões para realização de futuras investigações, sejam na área de estudo ou em outros solos tropicais. Os ensaios geofísicos facilitaram a visualização da dimensão espacial e a detecção dos sentidos das plumas de contaminação existentes na área. Os ensaios de piezocone confirmaram essa contaminação em alguns pontos, utilizando-se amostradores especiais de solo e água. As campanhas de coleta de água dos poços de monitoramento permitiram avaliar a evolução da pluma de contaminação com o tempo. As medidas de resistividade em laboratório possibilitaram definir valores de referência para os solos do aterro, confirmando a grande influência exercida pela mineralogia, intemperismo e grau de evolução dos solos tropicais nos valores de resistividade. Os elevados valores de permeabilidade e dispersividade explicam o aparecimento de mais de uma pluma de contaminação na área: uma principal e permanente a oeste; uma ao sul do aterro, na região de disposição dos resíduos hospitalares; uma a leste do sentido do fluxo subterrâneo, que sofria influencia dos elevados níveis piezométricos de chorume dentro da massa de lixo; e pontos de contaminação centrais, que ocorrem abaixo e a grandes profundidades da base do aterro. Os resultados confirmaram a importância de se integrar diferentes técnicas de investigação geoambiental, diretas e indiretas, para melhor avaliar casos de contaminação e poluição em solos tropicais, de gênese e comportamento complexos, e presentes em grande parte do território brasileiro. Propostas para melhoramento e realização de futuros ensaios na área, assim como de ordem prática para recuperação, monitoramento e operação do aterro são apresentadas, a fim de melhorar a qualidade das condições in situ locais. / For the last years, the concern about pollution and contamination of the soil and groundwater caused by the industrial and municipal solid waste disposal sites has increased in Brazil. Due to the non-application of the environmental guidelines for landfill construction and operation, dumps and controlled dumps in operation or deactivated, located in small and medium-size brazilian cities, have called the attention about this problem. This Thesis presents the results of several tests carried out at the Bauru\'s municipal solid waste disposal site, located in the center of São Paulo State and above the Bauru\'s aquifer, which appears at approximately half São Paulo State superficial area. The main objective was to assess the pollution and contamination caused by this landfill, using different techniques for geoenvironmental site investigation. These techniques included: superficial geophysics, monitoring wells, piezocone (CPTU), resistivity piezocone (RCPTU) and soil and water sampling. Laboratory tests including characterization, electrical resistivity measurements and pollutant transport in undisturbed soil samples were conducted to verify and to better understand the contamination plumes pathways and their interaction with the environmental site. A review of all existing data about the site, hydrogeological characteristics and operation of the landfill, since it was idealized in 1992, were also important for a better selection of new in situ tests and (re) interpretation of them. The main contributions are: a) Application of new site investigation techniques in contaminated tropical soils; b) Development of a system in laboratory for pollutants transport parameters estimation and electrical resistivity measurements in tropical soils; c) Evaluation of the electrical resistivity measures as a promising tool for geoenvironmental researches; d) Pollution and contamination assessment of the site based on the different techniques; e) Directions and suggestions for future site investigations at the study site or in other tropical areas. The geophysical tests facilitated the visualization of the spatial distribution and directions of the local contamination plumes. The piezocone tests confirmed this contamination in some local spots, supported by special soil and water samplers. Numerous groundwater samples collected from the permanent monitoring wells allowed the assessment of the contamination plumes evolution as time passed by. The resistivity measurements in laboratory detected background resistivity values for the local soils, confirming the great influence of the mineralogy, weathering and degree of evolution of the tropical soils. The high permeability and dispersivity values explain the occurrence of more than one contamination plume at the site: a principal and permanent plume located to the west side; on the south of the landfill, where medical wastes were disposed; to the east side of the groundwater flow, caused by the high piezometric leachate levels inside the landfill; and some central spots of contamination occurring below and deep inside the landfill. The results confirmed the importance of the integration of different techniques for geoenvironmental site investigation, using direct and indirect methods to better understand the contamination and pollution in tropical soils, which have complex genesis and behavior, and take place in a great part of the brazilian territory. Practical proposals to improve and carry out new tests at the site, as well as for recovering plans, monitoring and operation of the landfill are presented in order to improve the local in situ conditions.

Incineration is an attractive solution to the problems of disposing of municipal solid wastes and supplying energy. Because up to 25 percent of the waste in refuse-derived-fuel systems is ash, the physical and chemical characteristics of ash become more and more important for its potential impacts and methods suitable for their disposal. Trace elements concentration in ash is of great interest because of its relationship to regulatory criteria under the Resource Conservation and Recovery Act (RCRA) regarding toxicity and hazards. The applications of a microwave oven sample dissolution method has been tested on a variety of standard reference materials, with reproducible and accurate results. Fourteen trace elements, As, Ba, Be, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, V, and Zn, from the dissolved ash samples were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

[pt] A industrialização e a crescente preocupação com o meio ambiente geram, cada vez mais, a busca por fontes de energia que emitam menos gases efeito estufa. A biomassa, devido a sua grande ocorrência ao redor do mundo e a sua diversidade, é uma forte alternativa aos combustíveis fósseis. Sua gaseificação gera um combustível gasoso chamado syngas. A problemática no manejo dos resíduos sólidos urbanos (RSU) e a grande disponibilidade do bagaço de cana-de-açúcar no Brasil fizeram deles tipos de biomassa de interesse para este trabalho. Objetivou-se simular no MATLAB® a gaseificação cocorrente de biomassa com ar a partir de uma abordagem cinética. O modelo foi validado com dados da literatura e aplicado à simulação da co-gaseificação de RSU e bagaço de cana-de-açúcar, na qual a razão de co-gaseificação (RCG) representou a percentagem de RSU na biomassa de entrada. Um planejamento composto central com 3 fatores e 3 níveis foi realizado, resultando em 27 ensaios variando os fatores RCG, umidade da biomassa e razão de equivalência. Foram criados modelos polinomiais para a composição do syngas obtido, o PCI do syngas, a eficiência energética do processo e a soma das frações molares de CO e H2 em base úmida. Os modelos foram considerados robustos, com valores de R2 e R2 ajustado variando de 0,96082 a 0,99345 e 0,94007 a 0,98998, respectivamente. O impacto dos fatores escolhidos nas respostas foi analisado, e os modelos de eficiência energética e soma das frações molares de CO e H2 foram maximizados. O caso otimizado, com RCG 7,98 porcento, umidade 5,00 porcento e razão de equivalência 0,18, resultou em um syngas de composição 3,72 porcento H2O, 29,68 porcento CO, 7,87 porcento CO2, 19,07 porcento H2 e 0,80 porcento de CH4 em mol, correspondendo a um PCI de 6,56 MJ/Nm3 e uma eficiência energética de 37,66 porcento. Por fim, o processo demonstrou bom potencial para geração de um gás rico em CO e H2. / [en] Industrialization and growing environmental concern are increasingly leading to the search for energy sources that emit less greenhouse gases. Biomass, due to its great accessibility around the world and its diversity, is a strong alternative to fossil fuels. Its gasification produces a gaseous fuel called syngas. The urban solid waste (MSW) management problems and the wide availability of sugarcane bagasse in Brazil made them types of biomass of interest for this work. This work aimed to model biomass gasification in MATLAB ® for a downdraft gasifier and air as gasifying agent, using a kinetic approach. The model was validated with experimental and numerical data from the literature and was then applied to MSW and sugarcane bagasse co-gasification simulation, in which co-gasification ratio (CGR) represented MSW percentage in the incoming biomass. A central composite design of experiments with 3 factors and 3 levels was carried out, resulting in 27 tests varying CGR, biomass moisture and equivalence ratio. Polynomial models were created for syngas composition, syngas LHV, process energy efficiency and sum of CO and H2 molar fractions on a wet basis. The models were considered robust, with values of R2 and adjusted R2 ranging from 0,96082 to 0,99345 and 0,94007 to 0,98998, respectively. The impact of each chosen factor was investigated, and the energy efficiency and sum of CO and H2 molar fractions models were maximized. The optimized case, with CGR 7,98 percent, biomass moisture 5,00 percent and equivalence ratio 0,18, resulted in a syngas composition of 3,72 percent H2O, 29,68 percent CO, 7,87 percent CO2, 19,07 percent H2 and 0,80 percent CH4 in molar basis, corresponding to a LHV of 6,56 MJ/Nm3 and an energy efficiency of 37,66 percent. By the end, the process showed great potential to produce a syngas rich in CO and H2.

[pt] Em 2007, a Lei Federal número 11.445, ao criar a Política Nacional de Saneamento Básico - PNSB, estabeleceu as diretrizes nacionais para o serviço de saneamento básico. Em 2010, entrou em vigor a Lei Federal no 12.305, que instituiu a Política Nacional de Resíduos Sólidos - PNRS. Porém, muitos são os obstáculos enfrentados pelos municípios para que a PNRS possa, de fato, ser colocada em prática. Para além da presença de lixões, ativos ou desativados – e, nessa segunda situação, os que se encontram sem obras de recuperação ambiental -, há ausência de regularidade na coleta, carência de veículos e de maquinários específicos, dentre diversos outros problemas. O modelo de governança territorial proposto na pesquisa busca apontar a relevância de se compartilhar o protagonismo da gestão pública - em lugar da gestão exclusivamente estatal - com outros dois segmentos, de modo a se criar um ambiente orientado para uma gestão eficaz. Nessa nova perspectiva, a gestão, em consonância com a legislação, garantiria também a autonomia financeira do manejo, desonerando, assim, os orçamentos municipais. Portanto, pondera-se, por tais razões, a necessidade de uma governança territorial capaz de estabelecer regras de cooperação e coparticipação intersetorial no território da bacia do rio Iguaçu/RJ. Acredita-se que esse modelo se encontra em um patamar superior dentre outros que instrumentalizam o oferecimento de serviços à população, posto que, por meio dele, os partícipes, com autonomia fortalecida, pactuam as regras que os mesmos seguirão, como forma de viabilizar a prestação eficaz de serviços públicos. Considera-se, portanto, o compartilhamento democrático entre órgão estatal, sociedade civil organizada e setor empresarial - nas ações, metas e na mobilização de recursos para a gestão de resíduos sólidos urbanos, em suas etapas de planejamento, execução e avaliação - uma transição vital a se pôr em prática. / [en] In 2007, the Federal Law 11.445 created the National Policy for Basic Sanitation - NPBS, which established national guidelines for basic sanitation services. In 2010, the Federal Law no. 12.305, which established the National Policy for Solid Waste - NPSW, came into force. However, many are the obstacles faced by municipalities so that the NPSW can, in fact, be put into practice. Besides the presence of active or deactivated dumps - and, in this second situation, those without environmental recovery works - there is a lack of regularity in the collection, lack of vehicles and specific machinery, among several other problems. The territorial governance model proposed in the research seeks to point out the relevance of sharing the protagonism of public management - instead of an exclusively state management - with other two segments, in order to create an environment oriented to an effective management. In this new perspective, management, in line with the legislation, would also guarantee the financial autonomy of management, thus relieving the municipal budgets. Therefore, it is considered, for these reasons, the need for a territorial governance capable of establishing rules for cooperation and intersectoral co-participation in the territory of the Iguaçu river basin in Rio de Janeiro. It is believed that this model is at a higher level among others that instrumentalize the provision of services to the population, since, through it, the participants, with strengthened autonomy, agree on the rules that they will follow, as a way to enable the effective provision of public services. Therefore, the democratic sharing between the state agency, organized civil society and the business sector - in the actions, targets and in the mobilization of resources for the management of urban solid waste, in its planning, execution and assessment stages - is considered a vital transition to be put into practice.

A presente pesquisa teve por objetivo propor uma estrutura de modelagem matemática para a localização ótima de unidades de tratamento térmico de resíduos com recuperação energética. Para tal, o ferramental utilizado foi o método de programação inteira mista, sendo a modelagem desenvolvida aplicada para a Região Metropolitana da Baixada Santista e Litoral Norte. Foi considerada como premissa básica que o processo de incineração seria operado pelo poder público; todos os municípios geradores de Resíduos Sólidos Domiciliares foram considerados como potenciais localidades para a instalação da unidade de tratamento térmico de resíduos; todos os aterros sanitários que atendiam os Municípios estudados foram considerados para a recepção das escórias e cinzas provenientes do processo de incineração. Foram especificados quatro cenários para tal análise, que abordaram competitividade em relação ao uso de aterros sanitários e a presença de eficiência na coleta seletiva dos Municípios. Os resultados apontaram para que a unidade de tratamento térmico de resíduos se localize no entorno dos Municípios de Santos, Praia Grande e São Vicente. Mesmo com a opção do uso de aterros sanitários, a implantação da unidade de tratamento térmico de resíduos se apresentou como uma alternativa mais favorável, tendo sido levados em conta, na modelagem proposta, aspectos tanto ambientais como econômicos. / This study aimed to propose a mathematical modeling framework for optimal location of units of the thermal treatment of waste with energy recovery. To this end, the tool used was the method of mixed integer programming, and the developed modeling applied to the Santos Metropolitan Region and North Coast. It was considered as the basic premise that the incineration process would be operated by the Government; all municipalities solid waste generators were considered as potential locations for the installation of the unit thermal treatment of waste, all landfills that serve municipalities studied were considered for receipt of slag and ash from the incineration process. Four scenarios were specified for this analysis that addressed competitiveness in relation to the use of landfills and the presence of selective collection efficiency in the municipalities. Results showed that the unit of thermal treatment of waste should be located in the vicinity of the cities of Santos, São Vicente and Praia Grande. Even with the option of using landfill, the deployment of the unit of thermal treatment of waste is presented as an alternative more favorable, having been taken into account in the proposed model, both environmental and economic aspects.

A presente pesquisa teve por objetivo propor uma estrutura de modelagem matemática para a localização ótima de unidades de tratamento térmico de resíduos com recuperação energética. Para tal, o ferramental utilizado foi o método de programação inteira mista, sendo a modelagem desenvolvida aplicada para a Região Metropolitana da Baixada Santista e Litoral Norte. Foi considerada como premissa básica que o processo de incineração seria operado pelo poder público; todos os municípios geradores de Resíduos Sólidos Domiciliares foram considerados como potenciais localidades para a instalação da unidade de tratamento térmico de resíduos; todos os aterros sanitários que atendiam os Municípios estudados foram considerados para a recepção das escórias e cinzas provenientes do processo de incineração. Foram especificados quatro cenários para tal análise, que abordaram competitividade em relação ao uso de aterros sanitários e a presença de eficiência na coleta seletiva dos Municípios. Os resultados apontaram para que a unidade de tratamento térmico de resíduos se localize no entorno dos Municípios de Santos, Praia Grande e São Vicente. Mesmo com a opção do uso de aterros sanitários, a implantação da unidade de tratamento térmico de resíduos se apresentou como uma alternativa mais favorável, tendo sido levados em conta, na modelagem proposta, aspectos tanto ambientais como econômicos. / This study aimed to propose a mathematical modeling framework for optimal location of units of the thermal treatment of waste with energy recovery. To this end, the tool used was the method of mixed integer programming, and the developed modeling applied to the Santos Metropolitan Region and North Coast. It was considered as the basic premise that the incineration process would be operated by the Government; all municipalities solid waste generators were considered as potential locations for the installation of the unit thermal treatment of waste, all landfills that serve municipalities studied were considered for receipt of slag and ash from the incineration process. Four scenarios were specified for this analysis that addressed competitiveness in relation to the use of landfills and the presence of selective collection efficiency in the municipalities. Results showed that the unit of thermal treatment of waste should be located in the vicinity of the cities of Santos, São Vicente and Praia Grande. Even with the option of using landfill, the deployment of the unit of thermal treatment of waste is presented as an alternative more favorable, having been taken into account in the proposed model, both environmental and economic aspects.

Dans une optique de maîtrise du procédé d’incinération des ordures ménagères et de ses possibles émissions polluantes, nous avons développé un modèle mathématique qui simule un lit d’ordures ménagères en combustion sur une grille mobile. Ce modèle décrit la plupart des phénomènes physicochimiques et thermiques intervenant lors de l’incinération : séchage et pyrolyse de la charge, combustion et gazéification du carbone résiduel, transferts thermiques, effondrement du lit, brassage… Il intègre également une description des mécanismes de volatilisation des métaux lourds et de formation des NOx. La cinétique de départ des métaux lourds est modélisée en tenant compte des différentes étapes de transport (transfert externe, diffusion intraparticulaire, volatilisation) au moyen de l’approche des temps caractéristiques additifs. Dans le cas simulé du cadmium, la prédiction d’une volatilisation quasi-complète est conforme aux résultats de la littérature. Le sous-modèle NOx prend en compte les mécanismes de formation thermique, prompt, combustible, par l’intermédiaire de N2O, ainsi que les mécanismes de réduction homogène par recombustion et hétérogène par le carbone résiduel. Les calculs révèlent que prédominent la formation par le mécanisme combustible et la destruction par la réduction hétérogène. Enfin, le modèle de lit a été utilisé pour étudier l’influence des divers paramètres opératoires : température, débit et distribution d’air primaire, taille des particules de déchets, brassage et schéma de brassage. Les résultats sont présentés et discutés en détail. L’influence des conditions opératoires sur l’efficacité du procédé et sur les émissions de Cd et NOx est analysée / As a tool for controlling the Municipal Solid Waste (MSW) incineration process and its possible pollutant emissions, a mathematical model of the MSW bed burning on travelling grate of an incinerator was developed. The model describes most of the physico-chemical and thermal phenomena taking place in incineration like the drying and pyrolysis of the feed, combustion and gasification of char, oxidation of pyrolysis gases, heat transfer, bed shrinking, feed stirring, etc. Also described in the model are the mechanisms of Heavy Metals (HM) volatilization and NOx formation. Kinetics of HM release was modelled using the approach of additive reaction times accounting for the various transport mechanisms involved: external transfer, intra-particle diffusion and actual volatilization. In the case simulated, i.e. of Cd, almost total volatilization is predicted, which is confirmed by literature findings. The NOx sub-model takes into account most of the common mechanisms of formation like thermal, prompt, fuel, N2O intermediate and also NOx reduction by homogeneous reburning and heterogeneous reduction by char. Calculations show that NOx formation is predominated by the fuel mechanism and destruction by the heterogeneous reduction. Finally, the bed model was applied to study the influence of various operating parameters like flow rate, temperature and distribution of air under grates, waste particle size, feed stirring and the stirring scheme. The results are presented and discussed in detail and the influence of operating conditions on process efficiency and on emissions of Cd and NOx is analyzed

[pt] O gerenciamento de resíduos sólidos tornou-se um tema de preocupação para administradores públicos de todo o mundo. O aumento no nível de consumo, somado ao uso indiscriminado de materiais descartáveis, despertou na opinião pública movimentos que cobram das empresas uma nova postura referente à preservação dos recursos naturais. O Green Supply Chain Management - GrSCM, surge como uma nova forma de gerenciamento da cadeia de suprimentos que leva em conta todo o ciclo de vida do produto, desde a extração de suas matérias-primas, até sua disposição final. Uma vez que a aplicação deste conceito ainda é incipiente, o presente trabalho inicialmente apresenta uma abordagem das principais definições descritas na literatura para os termos ligados ao GrSCM. Em seguida, a partir de um diagnóstico que referencia a situação dos resíduos sólidos na comunidade da Rocinha, uma favela no Município do Rio de Janeiro, propõe diretrizes gerais para um sistema logístico de recolha e beneficiamento destes resíduos (com destaque aos recicláveis) para áreas de favela em geral, buscando medidas práticas de aplicação do conceito de GrSCM em locais de ocupação irregular e pobreza acentuada. As diretrizes foram traçadas sob três perspectivas: a dos empresários geradores dos produtos; a dos moradores e organizações locais e a dos órgãos públicos e instituições responsáveis pela coleta e limpeza da região. Como conclusão, defende-se que para o bom funcionamento de um sistema de gerenciamento de resíduos a partir da aplicação do GrSCM em realidades tão complexas, governo e empresas privadas devem ser parceiros e atuar de forma coordenada. Cabe ainda aos moradores e organizações locais, o dever de cobrar, adotar, fiscalizar e promover ações que visem o bem estar do local onde vivem. / [en] Municipal solid waste management (MSCM) has become a topic of concern for public administrators all over the world. The increase in the level of consumption added to the indiscriminate use of disposables, gave rise to public opinion movements that require new approaches from companies in order to preserve the natural resources. The Green Supply Chain Management (GrSCM) emerges as a new way of managing the supply chain that takes into account the whole life cycle of the product, from the extraction of raw materials to its correct final disposal. Since the application of this concept is still new, this dissertation initially defines the main terms related to the GrSCM described in the literature. Following, based on MSW data obtained on the Rocinha community, in the Rio de Janeiro municipality, general guidelines of a logistic system for the collection and processing of waste (with emphasis on recycling) in slum areas aiming to achieve practical measurements for the application of the GrSCM concept are proposed. These guidelines were drawn from three perspectives: that of the entrepreneurs that generate the goods; that of the residents and local organizations; and that of the public agencies and institutions responsible for collecting and cleaning the area. In conclusion, it is argued that for the proper functioning of a MSW management system in complex neighborhoods based on the application of GrSCM, government and entrepreneurs must be partners and act in a coordinated manner. Besides, the residents and local organizations must adopt, promote and monitor actions that aim the welfare of the local where they live.

[pt] A disposição final de resíduos sólidos urbanos, em aterros ou lixões, é um problema das grandes cidades. A utilização do lixo urbano em processos de tratamento térmico com recuperação energética vem ao encontro da busca de fontes alternativas, preferencialmente as renováveis, para a geração de energia. Assim, usinas de incineração com reaproveitamento de energia vêm sendo apresentadas como uma solução tanto para o destino do lixo quanto para a diversificação da matriz energética. Além disso, a prática da incineração proporciona máxima redução da massa e volume e inertização do lixo, estando o aproveitamento energético de resíduos (Waste-to-Energy) dentre as alternativas mais coerentes para a gestão de resíduos sólidos municipais. No Brasil, práticas como esta ainda são incipientes, porém apresentam grande potencial de estudo para aplicações nos centros urbanos em um futuro próximo. O presente trabalho apresenta uma proposta de uma usina lixo-energia, aplicável ao município do Rio de Janeiro, baseada na planta de Zabalgarbi/Bilbao (Espanha), que funciona em ciclo combinado a gás natural e incinera resíduos, aproveitando seu conteúdo energético para produzir eletricidade. Uma análise energética e exergética é realizada juntamente com uma estimativa do custo de geração de eletricidade, influenciada por um indicador de ecoeficiência que leva em consideração as emissões atmosféricas. Como conclusão, mostra-se a capacidade do sistema proposto em destinar os resíduos sólidos urbanos e atender a demanda elétrica do município do Rio de Janeiro/Brasil a um custo competitivo. / [en] The final disposal of municipal solid waste in landfills or dumps is a regular problem to the big cities. The use of municipal waste in processes of thermal treatment with energy recovery meets the search for alternative and renewable sources of energy production. Thus, energy recovery incineration facilities are being presented as a solution to both the waste disposal problem and the growing energy demand in the cities. Additionally, incineration provides the maximum reduction of mass, volume and dangerousness of the waste and the waste-to-energy practice stands out among the most coherent alternatives for municipal solid waste management in the world. In Brazil, however, it is still incipient and therefore presents a great potential for feasibility and application studies in the urban centers. This work presents a proposal of a waste-to-energy facility that could operate in the city of Rio de Janeiro (Brazil), based on the Zabalgarbi/Bilbao (Spain) plant, which operates in combined cycle fueled by natural gas and urban solid waste and generates electrical power. It is performed an energetic and exergetic analysis along with a cost estimate influenced by an eco-efficiency indicator that takes into account the air pollution emissions. The conclusion shows the capacity of the proposed facility to treat the municipal solid waste of Rio de Janeiro (Brazil) and supply its electricity demand with a competitive cost.

[pt] Mediante avaliação experimental comparativa, foi estabelecido que os processos de tratamento eletrolítico e de precipitação química são adequados para o tratamento primário de chorume gerado em aterro de resíduo sólido urbano. Foi também comprovado experimentalmente ser o stripping uma operação indicada para a remoção da amônia presente no chorume. O trabalho teve início com a caracterização do chorume através de parâmetros sanitários convencionais e também de análise instrumental visando a determinação das substâncias orgânicas presentes. Nesta caracterização foi dada ênfase ao chorume do aterro metropolitano do Rio de Janeiro (Gramacho). A caracterização do chorume indicou altas concentrações de sais dissolvidos, amônia e matéria orgânica, características de chorume velho. Os resultados são compatíveis com os obtidos com amostras de chorume oriundas de aterros de mesmo porte de outros países. No chorume bruto a concentração de amônia ficou normalmente cerca de 500 vezes acima do limite de lançamento. A amônia apresenta alta toxidade aos peixes, o que torna a sua remoção justificada e necessária. Por outro lado, as análises instrumentais utilizando a técnica de cromatografia gasosa com espectrometria de massa (GC/MS), permitiram a identificação, ainda inédita, de substâncias orgânicas oriundas da biodegradação e/ou decomposição dos resíduos sólidos urbanos, bem como de produtos químicos dispostos no aterro ou contidos em embalagens. Foi também conduzido um programa experimental, em escala de bancada, para avaliar a aplicação dos processos eletrolíticos e de precipitação química ao tratamento do chorume. Foram investigados diversos parâmetros, tais como:adição de produtos químicos, consumo de energia, quantidade e características do lodo gerado e qualidade do chorume tratado em relação a diversos parâmetros sanitários. O chorume tratado também foi submetido a análise cromatográfica, de modo a determinar alterações qualitativas na sua composição química durante o tratamento. O processo eletrolítico mostrou-se bastante indicado para a remoção de compostos orgânicos do chorume, porém não adequado para a remoção de amônia. A precipitação química mostrou-se boa para a remoção de orgânicos e propiciadora da remoção de amônia, sem ser, no entanto, a melhor opção do ponto de vista de otimização de custos. A melhor solução encontrada, sob todos os aspectos, consiste na combinação desses dois processos. Foi então conduzida uma série de experimentos voltados para a remoção da amônia por stripping, após a etapa de precipitação química com hidróxido de cálcio (cal). Investigou -se a influência de parâmetros tais como pH e temperatura na eficiência de remoção de amônia, tendo sido obtidas eficiências de remoção da ordem de 90 % nas condições de pH na faixa de 10 a 12,5 na temperatura ambiente. Estes resultados experimentais indicaram que os processos físicoquímicos estudados são a alternativa mais vantajosa para a remoção das altas concentrações de nitrogênio amoniacal encontradas no chorume. A remoção dessas grandes quantidades de N-NH3 também foi vantajosa, tanto operacional como economicamente, considerando-se a etapa subseqüente de tratamento biológico. Verificou-se também que a quantidade de amônia removida do chorume de Gramacho através do stripping aponta para a possibilidade de sua recuperação para fins econômicos, sob a forma de sulfato de amônio. / [en] Following an experimental examination of available techniques, it was established that electrolytic treatment and chemical precipitation are most adequate for the primary treatment of leachates generated in municipal solid waste landfills. It was also determined experimentally that an air stripping operation is indicated for removal of ammonia present in the leachate. The initial stages of this present work concerned the characterization of leachate in accordance with conventional sanitary parameters, together with analytically determined organics contents. In making such characterizations, use was made of the leachate emanating from the metropolitan landfill of Rio de Janeiro (Gramacho). This leachate exhibited high concentrations of dissolved salts, ammonia and organic material - typical of old established landfills. Such results are comparable with those obtained from similar landfills in other countries. The concentration of ammonia in the raw leachate was frequently at least 500 times the permissible limit. Ammonia is highly toxic towards fish and its removal is accordingly justified on these grounds alone. Furthermore, the analyses were carried out using the techniques of gas chromatography with mass spectrometry (GC/MC), which permitted the identification, previously unreported, of organic substances, originated from the biodegradation and/or decomposition of municipal solid wastes, and of the chemical products found in the landfill itself or in deposited containers. An experimental programme was, at the same time, conducted in the laboratory to evaluate the application of the electrolytic and chemical precipitation processes for the treatment of leachate. A number of diverse parameters were investigated, such as: usage of chemicals, energy consumptions, quantity and characteristics of sludge generated, and the quality of treated leachate, in terms of diverse sanitary parameters. The treated leachate was also submitted to chromatographic analysis in order to determine changes in its chemical composition during treatment. The electrolytic process was shown to be well suited to the removal of organic materials from the leachate but was not effective in the removal of ammonia. Chemical precipitation was found to be a suitable means of removal of both organics and ammonia, although it does not feature highly in terms of its cost effectiveness. A better solution, in the overall sense, is considered to be that which comprises a combination of these two processes. A series of experiments was also undertaken designed to investigate the removal of ammonia by air stripping, after the chemical precipitation stage with calcium hydroxide. During these experiments, the influence on the efficiency of removal of ammonia of parameters such as pH and temperature was determined. Removal efficiencies of the order of 90% were obtained at pH levels between 10 and 12.5, at ambient temperature. These experimental results indicate that the physico-chemical processes studied represent the optimum alternative for removal of high concentrations of ammoniacal nitrogen encountered in leachate. The removal of large quantities of N - NH3 is furthermore considered to be economically attractive when followed by biological treatment. It was also established that the quantity of ammonia, which could be removed from the Gramacho leachate, utilizing the stripping process, is such as to present economic possibilities for its recovery as ammonium sulphate.