A hierarquia há muito reconhecida de gestão de resíduos, por ordem de preferência, consiste na prevenção, minimização, reciclagem e reutilização, tratamento biológico, incineração e deposição em aterro (ver Figura abaixo).

Hierarquia do Gerenciamento de Resíduos A Figura mostra a hierarquia do gerenciamento de resíduos em ordem ou preferência, começando pela prevenção como a opção mais favorável à disposição como a menos favorável. Fonte: Drstuey via Wikimedia Commons

Prevenção de Resíduos

A alternativa ideal de gestão de resíduos é, em primeiro lugar, prevenir a geração de resíduos. Portanto, a prevenção de resíduos é um objectivo básico de todas as estratégias de gestão de resíduos. Inúmeras tecnologias podem ser empregadas durante todo o ciclo de fabricação, uso ou porções pós-uso do produto para eliminar os resíduos e, por sua vez, reduzir ou prevenir a poluição. Algumas estratégias representativas incluem métodos de fabricação ambientalmente conscientes que incorporam materiais menos perigosos ou prejudiciais, o uso de sistemas modernos de detecção de vazamentos para armazenamento de materiais, técnicas inovadoras de neutralização química para reduzir a reatividade, ou tecnologias de economia de água que reduzem a necessidade de entrada de água doce.

Minimização de resíduos

Em muitos casos, os resíduos não podem ser totalmente eliminados de uma variedade de processos. Entretanto, numerosas estratégias podem ser implementadas para reduzir ou minimizar a geração de resíduos. A minimização de resíduos, ou redução da fonte, refere-se às estratégias coletivas de projeto e fabricação de produtos ou serviços que minimizam a quantidade de resíduos gerados e/ou reduzem a toxicidade dos resíduos resultantes. Muitas vezes esses esforços vêm de tendências identificadas ou de produtos específicos que podem estar causando problemas no fluxo de resíduos e das medidas subseqüentes tomadas para frear esses problemas. Na indústria, os resíduos podem ser reduzidos através da reutilização de materiais, utilizando materiais substitutos menos perigosos, ou modificando os componentes do projeto e do processamento. Muitos benefícios podem ser obtidos pela minimização de resíduos ou pela redução da fonte, incluindo a redução do uso de recursos naturais e a redução da toxicidade dos resíduos.

As estratégias de minimização de resíduos são extremamente comuns em aplicações de fabricação; a economia do uso de materiais preserva recursos, mas também economiza custos significativos relacionados à fabricação. Os avanços na racionalização das embalagens reduzem o uso de materiais, a maior eficiência na distribuição reduz o consumo de combustível e as emissões atmosféricas resultantes. Além disso, os materiais de construção projetados muitas vezes podem ser projetados com propriedades favoráveis específicas que, quando contabilizadas no projeto estrutural geral, podem reduzir muito a massa total e o peso do material necessário para uma determinada estrutura. Isto reduz a necessidade de material em excesso e reduz os resíduos associados à fabricação de componentes.

A indústria de limpeza a seco fornece um excelente exemplo de substituição de produtos para reduzir a geração de resíduos tóxicos. Durante décadas, os lavadores a seco utilizaram tetracloroetileno, ou “perc”, como solvente de limpeza a seco. Embora eficaz, o tetracloroetileno é um composto relativamente tóxico. Além disso, é facilmente introduzido no ambiente, onde é altamente recalcitrante devido às suas propriedades físicas. Além disso, quando ocorre a sua degradação, os produtos derivados intermediários gerados são mais tóxicos para a saúde humana e o meio ambiente.

Por causa da sua toxicidade e impacto sobre o meio ambiente, a indústria da limpeza a seco tem adotado novas práticas e utiliza cada vez mais produtos de substituição menos tóxicos, incluindo compostos à base de petróleo. Além disso, novas tecnologias emergentes estão incorporando dióxido de carbono e outros compostos relativamente inofensivos. Embora estes produtos substitutos tenham, em muitos casos, sido mandatados por regulamentação governamental, eles também foram adotados em resposta às demandas dos consumidores e outras forças baseadas no mercado.

Reciclagem e Reutilização

Reciclagem refere-se à recuperação de materiais úteis como vidro, papel, plásticos, madeira e metais do fluxo de resíduos para que possam ser incorporados na fabricação de novos produtos. Com uma maior incorporação de materiais reciclados, o uso necessário de matérias-primas para aplicações idênticas é reduzido. A reciclagem reduz a necessidade de exploração de recursos naturais para as matérias-primas, mas também permite que os resíduos sejam recuperados e utilizados como materiais de recursos valiosos. A reciclagem de resíduos conserva diretamente os recursos naturais, reduz o consumo de energia e as emissões geradas pela extração de materiais virgens e sua posterior fabricação em produtos acabados, reduz o consumo global de energia e as emissões de gases de efeito estufa que contribuem para as mudanças climáticas globais, e reduz a incineração ou deposição em aterro dos materiais que foram reciclados. Além disso, a reciclagem cria vários benefícios económicos, incluindo o potencial para criar mercados de trabalho e impulsionar o crescimento.

Os materiais reciclados comuns incluem papel, plástico, vidro, alumínio, aço e madeira. Além disso, muitos materiais de construção podem ser reutilizados, incluindo concreto, materiais asfálticos, alvenaria e aço de reforço. Os resíduos vegetais “verdes” são muitas vezes recuperados e imediatamente reutilizados para aplicações de cobertura morta ou fertilizantes. Muitas indústrias também recuperam vários subprodutos e/ou refinam e “re-geram” solventes para reutilização. Exemplos incluem a recuperação de cobre e níquel de processos de acabamento de metais; a recuperação de óleos, gorduras e plastificantes por extração de solventes de meios filtrantes como carvão ativado e argilas; e a recuperação de ácidos por torrefação em spray, troca iônica ou cristalização. Além disso, uma gama de óleos alimentares usados está sendo recuperada e utilizada em aplicações de “biodiesel”.

Exemplos numerosos de esforços de reciclagem e reutilização bem sucedidos são encontrados todos os dias. Em alguns casos, os materiais reciclados são utilizados como materiais de entrada e são fortemente processados em produtos finais. Exemplos comuns incluem o uso de sucata de papel para a fabricação de papel novo, ou o processamento de latas de alumínio velhas em produtos de alumínio novos. Em outros casos, os materiais recuperados passam por pouco ou nenhum processamento antes da sua reutilização.

Alguns exemplos comuns incluem o uso de resíduos de árvores como aparas de madeira, ou o uso de tijolos e outros acessórios em novas construções estruturais. Em qualquer caso, o sucesso da reciclagem depende da coleta e processamento eficazes de materiais recicláveis, mercados para reutilização (por exemplo, fabricação e/ou aplicações que utilizam materiais reciclados) e aceitação e promoção pública de produtos reciclados e aplicações que utilizam materiais reciclados.

Tratamento Biológico

A eliminação de resíduos contendo frações orgânicas significativas é cada vez mais desencorajada em muitos países, incluindo os Estados Unidos. Tais práticas de eliminação são mesmo proibidas em vários países europeus. Uma vez que a deposição em aterro não oferece uma opção de gestão atractiva, foram identificadas outras técnicas. Uma opção é tratar os resíduos de modo que os materiais biodegradáveis sejam degradados e a fração remanescente de resíduos inorgânicos (conhecidos como resíduos) possa ser posteriormente eliminada ou utilizada para um propósito benéfico.

Biodegradação de resíduos pode ser realizada utilizando métodos de compostagem aeróbica, digestão anaeróbica ou tratamento biológico mecânico (MBT). Se a fração orgânica pode ser separada de material inorgânico, a compostagem aeróbica ou a digestão anaeróbica pode ser usada para degradar os resíduos e convertê-los em composto utilizável. Por exemplo, os resíduos orgânicos, tais como resíduos alimentares, resíduos de pátio e esterco animal que consistem em bactérias naturalmente degradantes, podem ser convertidos em composto em condições controladas, que pode então ser utilizado como fertilizante natural. A compostagem aeróbica é realizada colocando proporções seleccionadas de resíduos orgânicos em pilhas, linhas ou recipientes, quer em condições abertas ou dentro de edifícios fechados equipados com sistemas de recolha e tratamento de gás. Durante o processo, agentes de volume, tais como aparas de madeira, são adicionados ao material residual para melhorar a degradação aeróbica dos materiais orgânicos. Finalmente, o material pode estabilizar-se e amadurecer durante um processo de cura em que os agentes patogénicos são destruídos ao mesmo tempo. Os produtos finais do processo de compostagem incluem dióxido de carbono, água e o material de compostagem utilizável.

Material de compostagem pode ser usado em uma variedade de aplicações. Além do seu uso como emenda do solo para o cultivo de plantas, o composto pode ser usado para remediar solos, lençóis freáticos e águas pluviais. A compostagem pode ser trabalhosa, e a qualidade do composto depende muito do controle adequado do processo de compostagem. O controle inadequado das condições operacionais pode resultar em um composto inadequado para aplicações benéficas. No entanto, a compostagem está se tornando cada vez mais popular; a compostagem desviou 82 milhões de toneladas de resíduos do fluxo de resíduos do aterro sanitário em 2009, aumentando de 15 milhões de toneladas em 1980. Esse desvio também evitou a liberação de aproximadamente 178 milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono em 2009 – uma quantidade equivalente às emissões anuais de dióxido de carbono de 33 milhões de automóveis.

Em alguns casos, os processos aeróbicos não são viáveis. Como alternativa, os processos anaeróbicos podem ser utilizados. A digestão anaeróbia consiste na degradação de resíduos orgânicos misturados ou separados em vasos sob condições anaeróbias. O processo de degradação anaeróbica produz uma combinação de metano e dióxido de carbono (biogás) e resíduos (biossólidos). O biogás pode ser utilizado para aquecimento e produção de electricidade, enquanto os resíduos podem ser utilizados como fertilizantes e emendas no solo. A digestão anaeróbica é uma degradação preferencial para resíduos úmidos, em comparação com a preferência da compostagem para resíduos secos. A vantagem da digestão anaeróbia é a coleta de biogás; essa coleta e sua posterior utilização benéfica torna-a uma alternativa preferida para a disposição de resíduos em aterros sanitários. Além disso, os resíduos são degradados mais rapidamente através da digestão anaeróbia em comparação com a disposição em aterro.

Uma outra alternativa de tratamento de resíduos, o tratamento biológico mecânico (MBT), não é comum nos Estados Unidos. No entanto, esta alternativa é amplamente utilizada na Europa. Durante a implementação deste método, o material residual é submetido a uma combinação de operações mecânicas e biológicas que reduzem o volume através da degradação das frações orgânicas nos resíduos. Operações mecânicas como a triagem, trituração e esmagamento preparam os resíduos para o tratamento biológico subsequente, que consiste na compostagem aeróbica ou na digestão anaeróbica. Após os processos biológicos, a massa reduzida dos resíduos pode ser sujeita a incineração.

Incineração

A degradação dos resíduos não só produz produtos finais sólidos úteis (como o composto), como também os subprodutos da degradação podem ser utilizados como uma fonte de energia benéfica. Como discutido acima, a digestão anaeróbica dos resíduos pode gerar biogás, que pode ser capturado e incorporado na geração de eletricidade. Alternativamente, os resíduos podem ser incinerados diretamente para produzir energia. A incineração consiste na combustão de resíduos a temperaturas muito elevadas para produzir energia eléctrica. O subproduto da incineração são as cinzas, que requerem uma caracterização adequada antes da eliminação, ou em alguns casos, uma reutilização benéfica. É amplamente utilizado nos países desenvolvidos devido às limitações do espaço de aterro. Estima-se que cerca de 130 milhões de toneladas de resíduos são queimadas anualmente em mais de 600 plantas em 35 países. Além disso, a incineração é frequentemente usada para mitigar eficazmente resíduos perigosos como hidrocarbonetos clorados, óleos, solventes, resíduos médicos e pesticidas.

Apesar das vantagens, a incineração é muitas vezes vista negativamente devido aos elevados custos iniciais de construção e às emissões de cinzas, que são tóxicas (ver Tabela acima). Atualmente, muitos sistemas de “próxima geração” estão sendo pesquisados e desenvolvidos, e a USEPA está desenvolvendo novos regulamentos para monitorar cuidadosamente as emissões atmosféricas dos incineradores sob a Lei do Ar Limpo.

Descarga de aterros sanitários

Apesar dos avanços na reutilização e reciclagem, a eliminação de aterros sanitários continua sendo o principal método de eliminação de resíduos nos Estados Unidos. Como mencionado anteriormente, a taxa de geração de RSU continua a aumentar, mas a capacidade global dos aterros está diminuindo. Novas regulamentações relativas à disposição adequada de resíduos e o uso de sistemas inovadores de revestimento para minimizar o potencial de contaminação das águas subterrâneas pela infiltração e migração de lixiviados resultaram em um aumento substancial dos custos de disposição de aterros sanitários. Além disso, a oposição pública aos aterros sanitários continua a crescer, parcialmente inspirada por memórias de práticas históricas de despejo descontrolado dos efeitos colaterais indesejáveis resultantes de vetores descontrolados, águas subterrâneas contaminadas, odores não mitigados e subsequente diminuição dos valores imobiliários.

Figure 1: Aterro Sanitário Moderno

Os aterros sanitários podem ser projetados e autorizados a aceitar resíduos perigosos de acordo com os regulamentos da RCRA Subtítulo C, ou podem ser projetados e autorizados a aceitar resíduos sólidos urbanos de acordo com os regulamentos da RCRA Subtítulo D. Independentemente de sua designação, os aterros sanitários são estruturas projetadas que consistem em sistemas de revestimento inferior e lateral, sistemas de coleta e remoção de lixiviados, sistemas de cobertura final, sistemas de coleta e remoção de gás e sistemas de monitoramento de águas subterrâneas. É necessário um amplo processo de licenciamento para localização, projeto e operação de aterros sanitários. O monitoramento pós-fechamento de aterros sanitários também é normalmente necessário por pelo menos 30 anos. Devido ao seu projeto, os resíduos dentro dos aterros sanitários são degradados anaerobiamente. Durante a degradação, o biogás é produzido e coletado. Os sistemas de coleta evitam a migração descontrolada de gases subterrâneos e reduzem o potencial para uma condição explosiva. O gás capturado é frequentemente utilizado em instalações de co-geração para aquecimento ou geração de eletricidade. Além disso, após o fechamento, muitos aterros sanitários passam por “reciclagem de terra” e são redesenvolvidos como campos de golfe, parques recreativos e outros usos benéficos.

Os resíduos geralmente existem em condições secas dentro dos aterros sanitários e, como resultado, a taxa de degradação dos resíduos é geralmente muito lenta. Estas lentas taxas de degradação estão associadas a lentas taxas de assentamento induzidas pela degradação, que por sua vez podem complicar ou reduzir o potencial de reutilização benéfica da terra na superfície. Recentemente, surgiu o conceito de aterros com biorreator, que envolve a recirculação de lixiviados e/ou injeção de líquidos selecionados para aumentar a umidade nos resíduos, o que, por sua vez, induz rápida degradação. O aumento das taxas de degradação aumenta a taxa de produção de biogás, o que aumenta o potencial de produção de energia benéfica a partir da captura e utilização do biogás.