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Aproveitamento Energético do Biogás

Publicado em 05/08/2016 às 12:52:58

O curso “Aproveitamento Energético do Biogás – Aspectos Operacionais e Construtivos de Reatores UASB e Digestores Anaeróbios” foi realizado nos dias 25 e 26 de julho na Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) de Ribeirão Preto, administrada pela empresa Ambient (www.ambient.com.br), do grupo GS Inima Brasil. O objetivo foi proporcionar aos profissionais da área de engenharia e projetos uma revisão dos aspectos construtivos de estações de tratamento de esgotos que empregam reatores anaeróbios, visando otimizar a qualidade do efluente e fomentar o aproveitamento do biogás. Entre os palestrantes esteve o doutor em engenharia sanitária e mestre em engenharia ambiental pela Universidade de Stuttgart na Alemanha, Fabio Chui Pressinotti.

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O especialista é brasileiro, formado pela Universidade de São Paulo em engenharia elétrica, mora na Alemanha e, desde 2009 é gerente de projetos da empresa de consultoria DAHLEM. Seu foco são estudos e projetos de engenharia nas áreas de tratamento de esgoto, lodo, biogás e aproveitamento energético em ETEs da Alemanha e do Brasil. Foi convidado pelo Sindicato Nacional das Concessionárias Privadas de Serviços Públicos de Água e Esgoto (Sindcon).

Sobre a situação geral das ETEs no Brasil, Pressinotti afirmou que o tratamento de esgoto e lodo é em parte deficiente. Apontou as dificuldades de assegurar os valores estipulados pela legislação no lançamento sobre o tratamento. A utilização do gás é incipiente/ inexistente e que os potenciais de melhoramento são enormes.

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Fonte : PROBIOGÁS

De acordo com o Eng° Von Sperling, o tratamento anaeróbio tem como característica a degradação da matéria orgânica em meio anóxico, realizado por um grupo de microrganismos. Como resultado, tem-se a produção do biogás, que é composto principalmente por metano e dióxido de carbono, e quantidades menores de sulfeto de hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Uma tecnologia muito utilizada no Brasil para este tipo de tratamento é o reator UASB ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket, em inglês ).

Desenvolvido na Holanda, os reatores UASB segundo o Eng° Chernicharo, vem sendo amplamente utilizados no Brasil devido ao baixo custo, baixa produção de lodo (sólidos) e condições climáticas favoráveis. Esse tipo de reator opera através do fluxo ascendente do efluente em seu interior por meio de um manto de lodo. Neste manto, microrganismos presentes no lodo digerem a matéria orgânica do efluente liberando gases e produzindo biomassa bacteriana. No topo do reator, um dispositivo chamado separador trifásico separa o biogás gerado do efluente tratado e decanta os sólidos que foram carregados pelos gases através do manto.

Para Pressinotti, as vantagens ambientais e financeiras dos projetos de biogás, mesmo quando o retorno é mais longo, justificam a adoção do aproveitamento do biogás como uso energético. “A situação desejada é a excelência de tratamento do esgoto, lodo e biogás. A prioridade de uma estação de tratamento de esgoto é, inicialmente, tratar o esgoto e posteriormente aproveitar o biogás. Junto com o aproveitamento energético, a eficiência de operação e de custos. É importante identificar desafios e propor soluções adaptadas”.

Os especialistas destacam que, mesmo que a motivação principal do uso da digestão anaeróbia no setor de saneamento seja o tratamento do esgoto e/ou do lodo, a geração de biogás merece atenção especial, uma vez que está relacionada diretamente à eficiência do processo. A otimização das condições visando uma maximização da geração de biogás deve ser considerada desde a fase inicial da elaboração do projeto até a operação dos reatores anaeróbios, proporcionando assim uma melhor gestão dos processos e consequente eficientização da ETE.

Foi salientado por Fabio Pressinotti, os desafios do controle de vazão :

  • Grande parte das ETEs estão sobrecarregadas hidraulicamente : Fator de pico atual > fator de pico de projeto / Maioria não sobrecarregada na vazão média.
  • Vazão de infiltração bem maior do que a projetada
  • Causas (suspeita): Infiltrações por água de chuva, ligações clandestinas e ligações erradas.
  • Vazões medidas após extravasão: Fator de pico atual real > medido, ou seja, os valores para Qmax nas tabelas deveriam ser ainda maiores.
  • Extravasor pouco eficiente.
  • ETEs com EEE tem menores picos de vazão.


Estimativa do potencial energético. Composição do biogás – Estudo de caso :

 

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Considerações iniciais (UASB) :

  • Os sistemas atuais não são estanques em relação ao biogás.
  • Uma quantidade considerável de metano não consegue se desprender da fase líquida para a fase gasosa → discussão acadêmica.
  • Há incerteza em relação à quantidade de biogás produzido através da estabilização anaeróbia do lodo em cada ETE → tema pouco discutido.
  • Diminuição das eficiências de tratamento devido a deficiências nos sistemas preliminares e reatores anaeróbios.
  • As eficiências de tratamento podem diminuir consideravelmente / drasticamente em períodos de chuva.

Fabio Pressinotti, destacou as conclusões e discussão sobre o tema, no final da apresentação :

  • Necessidade de maiores investimentos em esgoto, lodo e biogás.
  • Conflito com o tema universalização do saneamento.
  • Grande potencial de aproveitamento do biogás.
  • Nova função do reator anaeróbio (economia, alívio do pós-tratamento).
  • Necessidade de estudos para tratamento do lodo através do uso do biogás.
  • Aumento da automação.
  • Menores trabalhos de limpeza (conceito diferente de operação).
  • Maiores trabalhos de manutenção eletromecânica.
  • Necessidade de maior troca de informações para nivelamento de conhecimento de operadores.
  • Necessidade de melhor gerenciamento.
  • Segurança de operação.

O “Projeto PROBIOGÁS” é um projeto de cooperação técnica entre o Ministério das Cidades e a Deutsche Gesellchaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) que conta com uma rede de parcerias nas esferas governamental, acadêmica e empresarial.

Para alcançar o objetivo, de ampliar o aproveitamento energético de biogás no Brasil, o PROBIOGÁS tem como principais linhas de atuação :

  • Apoio técnico aos agentes relevantes para o desenvolvimento de políticas públicas.
  • Normas técnicas e projetos de referência.
  • Capacitação de instituições estratégicas nos setores de energia e saneamento.
  • Facilitação do desenvolvimento de parcerias de negócio e de pesquisa.
  • Criação de redes de competência entre Brasil e Alemanha.

O ProBio – Programa de Estimativa de Produção de Biogás em Reatores UASB possui o ProBio 1.0, um programa de computador para calcular estimativas de produção de biogás em reatores do tipo UASB no tratamento de esgoto doméstico. Desenvolvido por meio de uma parceria da Sanepar com a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), o software é de uso livre e está disponível para download: www.desa.ufmg/softwares.html e www.sanepar.com.br

A Ambient, local do evento, é a concessionária pertencente ao Grupo GS INIMA ENVIRONMENT, constituída em 1995 com o objetivo de construir, operar e manter o sistema de tratamento e destino final dos esgotos no município de Ribeirão Preto/SP. Investiu mais de R$ 148 milhões para possibilitar o tratamento de 100% do esgoto doméstico coletado na cidade. Possui duas estações de tratamento em operação :

  • A ETE Ribeirão Preto é dotada da tecnologia de lodo ativado convencional, ou seja, reatores aeróbios e digestão anaeróbia de lodos, e é responsável pela bacia do ribeirão Preto, equivalente à 86% do efluente gerado no município.
  • A ETE Caiçara é dotada da tecnologia de lodo ativado com aeração prolongada, responsável pelo tratamento de efluente da bacia do córrego Palmeiras, equivalente à 14% do volume gerado em Ribeirão Preto.
  • As duas estações têm uma eficiência de remoção de DBO de 96%.

Durante o processo de tratamento do esgoto na ETE Ribeirão, são produzidos cerca de 8.000 Nm³/dia de biogás, um gás com alto poder calorífico, que possui em sua composição aproximadamente 60% de CH4 (metano) e 40% de CO2 (gás carbônico). Apenas 30% deste gás era aproveitado para aquecimento do lodo do digestor, sendo o restante queimado em flare (equipamento instalado para queimar gases, evitando explosões e diminuindo a poluição do meio ambiente).

Estudos realizados indicaram que era possível e viável uma melhoria operacional utilizando o biogás excedente para geração de energia elétrica. O biogás produzido na ETE Ribeirão Preto passa por tratamento de remoção de umidade e é enviado aos motores de combustão para acionar os geradores na produção de energia elétrica. O novo sistema tem a capacidade de produzir cerca de 16 mil kw/h/dia de energia proveniente de fontes renováveis. Além disso, a água usada para resfriamento dos motores é aproveitada para aquecimento do lodo no digestor.

Fluxograma da Geração de Energia

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Fonte: Ambient

Geração de Energia

  • Gás utilizado para geração – 8.107 Nm³/dia.
  • Energia Elétrica (média) gerada – 16.725 kWh/dia.
  • Relação KWh/Nm³ – 2,20.
  • Produção de biogás: 0,07 Nm³ para cada m³ de efluente tratado.
  • Geração de energia: 0,161 kwh para cada m³ de efluente tratado.
  • Média diária de Energia Elétrica consumida em 2012: 28.038 kwh.
  • Média diária de Energia Elétrica gerada em 2012: 16.725 kwh.
  • Autossuficiência: 60%.

Carlos Roberto Ferreira, diretor da Ambient, explicou que a grande vantagem da utilização do biogás para a geração de energia foi que em 2009 o custo da energia elétrica dentro do orçamento operacional, era em torno de trinta por cento, já em 2012, este custo passou a ser de dezesseis por cento. A redução do custo operacional também em função da alteração tarifária. “Foi constatada a viabilidade da geração de energia elétrica através do biogás gerado na ETE Ribeirão Preto tanto por um ganho em Marketing de Sustentabilidade Ambiental como no aspecto econômico financeiro”, finalizou.

Gheorge Patrick Iwaki
gheorge@webapp233877.ip-104-237-133-206.cloudezapp.io
Responsável Técnico do Portal Tratamento de Água
www.tratamentodeagua.com.br


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