Influência de nanopartículas de prata nos mecanismos de degradação de resíduos sólidos urbanos em instalação piloto

Abstract

Os resíduos sólidos urbanos (RSU) descartados diariamente devem ser depositados e tratados de maneira ambientalmente segura. O aterro sanitário é uma alternativa para tal destino apropriado, onde os resíduos são acumulados continuamente contando com princípios de engenharia, que garantem segurança ambiental e social, aliada a um bom custo benefício. Nessa deposição, ocorrem processos físicos, químicos e biológicos, que culminam na biodegradação de resíduos sólidos urbanos. A degradação anaeróbia ocorre impulsionada por processos microbianos realizados por um consórcio complexo de micro-organismos, integrada por fases onde se destacam diferentes processos. Os produtos finais de degradação em aterros sanitários são basicamente biogás e lixiviados, que podem ser caracterizados e trazer informações sobre as fases biodegradativas. As nanopartículas vêm aparecendo de maneira crescente em novos produtos, o que atrai a atenção da comunidade científica devido as propriedades desconhecidas destes materiais, tais como o ciclo de vida e a interação com os organismos do meio. Os residuos sólidos urbanos, por exemplo, podem apresentar essas nanopartículas, que, aterradas em aterros sanitários, se comportam ainda de maneira pouco conhecida na ciência, podendo influenciar os processos de biodegradação. As nanopartículas de prata (NPAg) já são citadas em outros estudos por seus efeitos microbicidas, mas ainda existe falta de investigações da influencia do seu comportamento em resíduos em decomposição. O objetivo desse trabalho foi verificar o comportamento da biodegradabilidade dos resíduos e as possíveis relações com a interferência ou não de diferentes concentrações das nanopartículas de prata, dentro de reatores pilotos simuladores de aterro sanitário. Para isso, foram realizados testes preliminares de atividade metanogênica e a posterior instalação, operação e monitoramento de lisímetros simuladores de aterro sanitário (2 m de altura x 200 mm de diâmetro), com composição de resíduos sólidos urbanos seguindo padrões nacionais. Além disso, foram realizados testes de toxicidade com Daphnia magna e testes de dissolução de nanoprata em lixiviados sintéticos. Para os reatores pilotos, as concentrações de 50, 150 e 450mg NPAg/kg sólidos foram adicionadas além de um branco. Foram feitas coletas semanais e quinzenais do lixiviado e biogás resultante, com avaliação de parâmetros físicos, químicos e biológicos. Os resultados evidenciaram a instabilidade das nanopartículas de prata, a elevada toxicidade desses lixiviados e a diminuição da diversidade microbiológica com o aumento da concentração adicionada. A remoção da matéria orgânica ocorreu para todos os pilotos, bem como a produção de AGV na fase intermediária, e a correlação dos demais parâmetros físico-químicos não foi proporcional ou estatisticamente significativa entre os diferentes reatores com diferentes concentrações de nanoprata. Em um aspecto geral, concluiu-se que os reatores pilotos em 18 meses não atingiram a metanogênese (não houve produção de metano > 10%), com características predominantemente encontradas em lixiviados novos, em fases de fermentação e acidificação, independentemente da concentração de NPAg adicionada.

Abstract: The municipal solid waste discarded daily must be disposed and treated in an environmentally safe manner. Landfill is an appropriate alternative, in which the solid waste is continuously accumulated using engineering principles that guarantee environmental and social safety, allied with a good cost-benefit. In this deposition, physical, chemical and biological processes occur, culminating in the biodegradation of municipal solid waste. Anaerobic degradation is driven by microbial processes performed by a complex consortium of microorganisms, separated by phases where different processes emerge. The final products of degradation in landfills are biogas and leachates, which can be characterized, giving information about the biodegradable phases. Nanoparticles have been increasingly appearing in new products, attracting the attention of the scientific community due to the unknown properties of these materials, such as their life cycle and their interaction with environmental organisms. Solid urban waste, for example, can contain these nanoparticles, but their long-term behavior in landfills is still largely unknown, as well as their influence in the biodegradation processes. Silver nanoparticles (NPsAg) have already been mentioned in other studies due to their microbicidal effects, but there is still a lack of investigation of their influence on decaying solid waste. The aim of this work was therefore to verify the behavior of urban solid waste biodegradation and its interaction with different concentrations of silver nanoparticles in pilot reactors simulating landfill. For this, preliminary tests of methanogenic activity and subsequent installation, operation and monitoring of landfill simulator lysimeters (2 m high x 200 mm diameter) were carried out, with the composition of urban solid waste following national standards. In addition, Daphnia magna toxicity tests and nanoprate dissolution tests were performed on synthetic leachates. For the pilot reactors, concentrations of 50, 150, and 450 mg NPsAg / kg solids were added, and compared to a control test (no NPAg addition). Leachate and biogas samples were collected either weekly or biweekly and physical, chemical, and biological parameters were evaluated. The results showed instability of the silver nanoparticles, high toxicity of the leachates, and decrease of the microbiological diversity with the increase of the added concentration. The removal of organic matter occurred for all pilots, as well as the production of volatile fatty acids (VFA) in the intermediate phase. The correlation of the other physic-chemical parameters was not proportional or statistically significant between the pilot reactors with different concentrations of nanosilver. In general, it can be concluded that the pilot reactors did not reach methanogenesis (no methane production > 10%) during the 18 months of operation, with characteristics predominantly found in new leachates, on fermentation and acidification phases, despite of the concentration of NPAg added.