Potencial energético e alternativas para o aproveitamento do biogás e lodo de reatores UASB: estudo de caso Estação de tratamento de efluentes Laboreaux (Itabira)

Abstract

RESUMOEste trabalho estuda o potencial de aproveitamento energético dos subprodutos biogás e lodo gerados na estação de tratamento de efluentes (ETE) Laboreaux em Itabira (MG), composta de reatores UASB, filtros biológicos percoladores e unidade de desaguamento do lodo por filtro prensa. Os subprodutos biogás e lodo foram caracterizados em termos quantitativos (produção) e qualitativos (composição e poder calorífico) durante 12 meses de monitoramento. Foram estudados dois cenários de aproveitamento energético dos subprodutos: (i) uso prioritário do biogás para a secagem térmica do lodo e o excedente de biogás para geração de eletricidade em motor de combustão interna; e (ii) uso prioritário do biogás visando à geração de eletricidade e ao aproveitamento do calor dos gases de exaustão para a secagem térmica de lodo. Para a análise desses cenários, utilizou-se o software CHEMCAD® a fim de determinar as condições de queima do biogás em câmara de combustão e em motor de combustão interna, assim como na determinação dos balanços de massa e energia. O estudo analisou o potencial de aproveitamento dos subprodutos do tratamento como fonte de energia renovável para uso na própria ETE e para fornecimento a terceiros. No cenário 1, a geração de eletricidade é menor (atendendo 22,2% da demanda de energia da ETE), mas a secagem térmica possibilita maior redução no volume final de lodo a ser disposto ou a eliminação completa de disposição final se o lodo seco final (com 10% de umidade) for utilizado como combustível por terceiros. No cenário 2, a geração de eletricidade é capaz de suprir 57, 6% da demanda de energia da ETE, todavia o calor contido nos gases de exaustão não é suficiente para a secagem de todo o lodo desaguado, configurando uma menor redução na quantidade de lodo a ser disposto (13,5 ou 24, 9% de redução em massa, conforme a alternativa de remoção de umidade selecionada). ABSTRACTThis work assesses the potential of energy recovery of the byproducts biogas and sludge produced at the Laboreaux wastewater treatment plant (WWTP), in Itabira (MG), which is integrated by UASB reactors, trickling filters and sludge dehydration unit (filter press). The byproducts biogas and sludge were quantitatively (production) and qualitatively (composition and calorific value) characterized during a monitoring period of 12 months. Two scenarios for energy recovery from the byproducts were considered: (i) priority use of biogas for sludge thermal drying and the excess of biogas being used for power generation in an internal combustion engine (ICE); and (ii) primary use of biogas for power generation and the heat of the engine exhaustion gases being used for sludge thermal drying. Biogas burning conditions into a combustion chamber and in an internal combustion engine, as well as mass and energy balances for each scenario, were assessed with the CHEMCAD® software. The study analysed the potential use of the byproducts as sources of renewable energy for use in the WWTP itself and to be offered to third party. In scenario 1, the elect...

Análise espacial e temporal de estratégias de recuperação energética de subprodutos do tratamento de esgoto na região metropolitana de Curitiba

“…Em termos de obtenção de energia elétrica, Bilotta e Ross (2016) contabilizaram a capacidade de geração de 65,3 MWh.mês -1 (65% CH4) em ETE que atende 190 mil habitantes, em Curitiba (59% da demanda). Rosa et al (2016) estimaram 27.408 kWh.mês -1 (78,2% CH4) para 70 mil habitantes (57,6% da demanda) em Itabira/MG. Carvalho (2016) computou a oferta de 4,5 GWh.mês -1 (75% CH4) em 219 ETEs com reator UASB no Paraná (5,87 milhões de habitantes).…”

“…Por outro lado, a recuperação energética do poder calorífico do gás metano (CH4) e do lodo biológico, formados na degradação anaeróbia da matéria orgânica, é uma estratégia em potencial para atender a demanda crescente de energia do setor de saneamento (Rosa et al, 2018;Rosa et al, 2016;Carvalho, 2016;Possetti et al, 2012). A Tabela 1 compara a capacidade calorífica de alguns combustíveis (Mulinari et al, 2017;Rosa et al, 2019).…”

Diretrizes de capacitação para o uso de biogás de esgoto no Brasil

“…Há trabalhos que demonstram que o biogás pode auxiliar na redução dos custos operacionais de ETEs associados com energia elétrica (Mc CARTY et al, 2011;LOBATO, 2011;LIMA, 2014;VALENTE, 2015;RO-SENFELDT et al, 2015;CABRAL, 2016) e com a gestão de lodos e escumas (BOUGRIER et al, 2006;LOBATO, 2011;ROSA et al, 2016). Camargo (2009), inclusive, discute a utilização do biogás como combustível veicular.…”

Potencial energético do biogás e distribuição geográfica no MS para destinação de resíduos na suinocultura

“…Atividades urbanas (ex: tratamento de esgoto; Bilotta e Ross, 2016; Rosa et al, 2016), agroindustriais e rurais (ex: agricultura, pecuária e criação de outros animais para corte) geram resíduos diversificados; alguns são coprodutos com potencial valor econômico agregado. Resíduos de origem biológica via transformações químicas -decomposição anaeróbica -produzem metano (CH4), insumo energético que resulta no biogás; além do CO2 e outros gases como ácido sulfídrico que confere odor ruim ao biogás (Abreu &Avelino, 2012).…”