Aproveitamento de biogás e lodo excedente de reatores UASB como fonte de energia renovável em estações de tratamento de esgoto

André Pereira Rosa

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Type:	Tese de Doutorado
Title:	Aproveitamento de biogás e lodo excedente de reatores UASB como fonte de energia renovável em estações de tratamento de esgoto
Authors:	André Pereira Rosa
First Advisor:	Carlos Augusto de Lemos Chernicharo
Abstract:	A pesquisa teve como objetivo avaliar o aproveitamento dos subprodutos biogás e lodo excedente de reatores UASB como fonte de energia renovável em estações de tratamento de esgoto. O objetivo 1 foi desenvolvido a partir de uma ampla revisão de literatura e visitas a ETEs que promovem a recuperação energética na Europa. No âmbito do objetivo 2, os trabalhos foram desenvolvidos na ETE Laboreaux, Itabira-MG através da caracterização do potencial energético do lodo e do biogás e a proposta de determinação de balanços de massa e energia, além do cálculo das reduções nas emissões de gases de efeito estufa por metodologia proposta pela UNFCCC para dois cenários (i): uso prioritário do biogás em câmara de combustão e o uso do excedente para a geração de eletricidade em motor de combustão interna (MCI) e (ii) uso prioritário do biogás em MCI visando a geração de eletricidade e o aproveitamento do calor dos gases de exaustão do motor para a secagem térmica de lodo. Por fim, o último objetivo fez uso de modelagem matemática para a estimativa do balanço energético em ETEs com o uso dos subprodutos do tratamento anaeróbio como fonte de energia. Dentre os principais resultados, pode-se apontar que o lodo de esgoto apresenta viabilidades técnica e ambiental de seu emprego como fonte de energia, além de sua aplicação conjunta com o biogás gerado em reatores UASB, o uso dos processos térmicos (pirólise, gaseificação e combustão) são alternativas potencialmente mais vantajosas em ETEs de maior porte que possuem elevados gastos de transporte e destinação final. Em adição, o aproveitamento energético do lodo de forma individual, ou até mesmo em combinação com outros subprodutos gerados em ETEs, a exemplo do biogás, pode garantir a secagem do próprio lodo e favorecer o desenvolvimento e expansão do uso dos processos térmicos para a realidade brasileira. Para a ETE Laboreaux foi verificado que o potencial energético proveniente do biogás e lodo gerado em reatores UASB foi de 10.962 MJ.d-1,e 7.518 MJ.d-1, respectivamente. O suprimento de eletricidade foi de 22,2 e 57,6 % do consumo da estação para os cenários (i) e (ii), respectivamente. O cenário (i) se destacou pela eliminação do envio do lodo ao aterro sanitário, enquanto que o cenário (ii) apresentou elevado potencial energético de geração de eletricidade em benefício da ETE. Para o cenário (i) a redução das emissões de créditos de carbono com o aproveitamento do lodo até então enviado ao aterro sanitário (1.372 t.ano-1 a 10% de umidade) foi de 12.691 t.CO2e. No que se refere ao desenvolvimento do modelo matemático, os resultados indicam que o modelo permitiu uma estimativa mais realista da produção de lodo e do potencial energético total nas ETEs.
Abstract:	The research aimed to evaluate the recovery of by-products biogas and excess sludge in UASB reactors as renewable energy in wastewater treatment plants (WWTP). The objective 1 was developed after an extensive literature review and visits to European WWTP that have energetic recovery. In the ambit of objective 2, the work was developed at Laboreaux STP, Itabira-MG through the energetic potential characterization of sludge and biogas and proposal of mass and energy balance, besides the calculation of greenhouse gases reduction for two scenarios (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. Finally, the last objective proposed a mathematical model to estimate the energetic balance in WWTP by the use of by-products in anaerobic treatment as source of energy. Among main results could be concluded that sludge has technical and environmental feasibility as source of energy, beyond its joint use with biogas from UASB reactors. In addition, thermo-chemical processes (pyrolysis, gasification and combustion) are potentially alternatives with many benefits mainly for large size WWTP that have high costs of transportation and final destination. In addition the energetic sludge recovery in a individual manner or even in association with other by-products from WWTP as biogas could guarantee sludge own drying and permit development and increasing of thermal processes for brazilian reality. For Laboreaux STP it was verified that the energetic potential for biogas and sludge from UASB reactors were 10,962 MJ.d-1 and 7,518 MJ.d-1, respectively. The electricity supply was 22.2% and 57.6 % for scenarios (i) and (ii), respectively. The scenario (i) stood out in sludge sending for landfill, while scenario (ii) presented high energetic potential for electricity generation for benefit of WWTP. For scenario (i) the credit carbon reduction with sludge recovery sent until now to landfill (1,372 t.year-1 and 10% of moisture) was 12,691 t.CO2.e. Concerning the mathematical model development, the results indicated the possibility of a realistic estimative of sludge production and total energetic potential in WWTP.
Subject:	Lodo Biogás Engenharia sanitária Saneamento
language:	Português
Publisher:	Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials:	UFMG
Rights:	Acesso Aberto
URI:	http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9HKGWC
Issue Date:	13-Dec-2013
Appears in Collections:	Teses de Doutorado

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