ESTUDO SOBRE MEIOS DE OBTENÇÃO DE BIOGÁS A PARTIR DO TRATAMENTO DE ESGOTO

RESUMO Esse trabalho tem como objetivo apresentar o impacto ambiental ocasionado pela destinação errada do esgoto doméstico, demonstrar as alternativas para a destinação desses dejetos e qual a maneira correta de sua destinação, além de apresentar uma possível geração de energia com base nesse tratamento com a obtenção do biogás proveniente de todo o processo. Com o uso de um estudo de caso para apresentar a aplicabilidade do projeto em uma cidade na qual não se tenha o esgoto tratado, além de demonstrar a viabilidade desse empreendimento. Palavras-chave: Impacto Ambiental; Biogás; Esgoto. ABSTRACT This work aims to present the environmental impact caused by the wrong destination of domestic sewage, to demonstrate the alternatives for the destination of these wastes and what is the correct way of its destination, besides presenting a possible generation of energy based on this treatment with the obtaining of biogas from the entire process.

With the use of a case study to present the applicability of the project in a city where the sewage is not treated, in addition to demonstrating the viability of this undertaking. Objetivo 11 3. Referencial Teórico 11 3. Situação do Esgoto Sanitário no Brasil 11 3. Fases do tratamento de esgoto 12 3. Tratamento em uma ETE 15 3. Ele atua elevando até o topo do reator sua massa que será distribuída no tanque para sua decomposição. Ao final deste tratamento, temos como produto resultante a vinhaça biodigerida e o biogás com elevada concentração de metano. O segundo é o produto que utilizamos para a geração da energia devido ao seu alto potencial combustível. O poder calorífico do biogás se situa em torno de 5. a 7. Impacto ambiental Sabemos que para o Brasil a Lei nº 11.

contém o Plano Nacional de Saneamento Básico (Plansab). Essa legislação determina diretrizes para o conjunto de serviços, infraestruturas e instalações de: abastecimento de água potável, coleta e tratamento de esgoto, limpeza urbana e manejo de resíduos sólidos e drenagem e manejo das águas pluviais. Apesar da regulamentação, em 2016, o governo brasileiro admitiu que não conseguirá cumprir a meta de saneamento estipulada. De acordo com o Plansab, a meta era atender 90% do território brasileiro com o tratamento e destinação do esgoto e 100% com abastecimento de água potável até 2033. IEA), 2016). Além de oferecer altos riscos de mortalidade, este cenário também representa muitos gastos financeiros em saúde pública. De acordo com o Instituto, somente em 2011 os gastos com internações por diarreia no território nacional chegaram a R $140 milhões.

Segundo a Organização Mundial da Saúde cada R $1 investido em saneamento gera economia de R $4 na área de saúde. Ou seja, o saneamento e a saúde estão totalmente entrelaçados e uma das soluções que o governo poderia buscar para resolver os problemas da área da saúde no país seria investir no saneamento básico, que acima de tudo é um dos direitos do cidadão. Segundo a lei, águas nessa situação não podem sequer receber tratamento para consumo humano ou para irrigação de lavouras. Nesse contexto, tem-se outra questão: a redução da água potável disponível. O crescimento populacional demanda maior quantidade de água para consumo. Porém, tem ocorrido o contrário. Pesquisas realizadas pela UNESCO mostram que o consumo de água aumenta numa proporção de duas vezes o crescimento populacional.

A evolução do saneamento no brasil vem a passos tímidos, apresentando um crescimento razoável, vencendo o crescimento populacional, como se nota na figura 3 obtida no G1, sendo inicialmente gerada pelo instituto Trata Brasil. Figura 3 - Saneamento no Brasil Fonte: Instituto Trata Brasil, 2020. Com um avanço maior nos indicadores de população com acesso à rede de coleta de esgoto, que passou de 48,1% em 2011 para 53,2% em 2018. A proporção de esgoto tratado também passou de 37,5% para 46,3%. VELASCO, 2020) Apesar dessa melhora, segundo Velasco (2020) do G1 o desperdício de água potável aumentou, chegando a 6,5 bilhões de metros cúbicos de água ou 7,1 piscinas olímpicas por dia desperdiçadas, que nos é apresentado pela figura 4 criada pelo instituto Trata Brasil. Por sua vez, o metano é um gás combustível, que pode ser aproveitado para geração de energia térmica, elétrica e como combustível veicular.

Uma vez que a decomposição da matéria orgânica precisa ocorrer em ambientes sem oxigênio, o processo de formação do biogás é também conhecido por “digestão anaeróbica”. NÓBREGA, 2019) Na digestão anaeróbica ocorrem diversos processos que juntos resultam na decomposição da matéria: a primeira fase é a liquefação ou hidrólise onde o material orgânico complexo é transformado em compostos dissolvidos ou matéria orgânica volátil; a segunda fase é a gaseificação que pode ser subdividida em duas fases fermentação ácida ou acidogênese, onde os compostos são transformados em ácidos orgânicos voláteis (fórmico, acético, propiônico, butírico e valérico), e a fermentação acetogênica ou acetogênese, onde os produtos da subfase anterior são transformados em acetato, hidrogênio e monóxido de carbono; a terceira e última fase é a metanogênese, onde os produtos da acetogênese são transformados, principalmente em metano (CH4), embora também sejam gerados outros gases.

FARIA, 2021) A digestão anaeróbia dessa maneira segundo Faria (2021) é atualmente muito utilizada para o tratamento de resíduos como os provenientes de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE’s), ou em biodigestores (mecanismos que usam geralmente detritos animais para a geração de biogás) que usam o gás resultante do processo para gerar energia. Para Nóbrega (2019) a principal razão para o aumento do uso do biogás é a capacidade de tornar o que antes era um passivo ambiental em ativo energético. Em fevereiro de 2018 receberam licença de operação do Instituto Ambiental do Paraná e a ideia é estimular outros estados a fazer o mesmo. EOS, 2019). Outro projeto apresentado por EOS (2019) é o projeto desenvolvido pelo governo brasileiro em parceria com a GIZ, empresa federal alemã especialista em projetos de saneamento em vários lugares do mundo.

O projeto nomeado Probiogás induz a expansão do uso de biogás mantendo três objetivos principais: • Atuar na melhoria das condições regulatórias • Aproximar instituições de ensino e pesquisa e • Fomentar a indústria nacional de biogás Através dessas ações busca-se uma maior autonomia, tendo em vista que a geração de energia pode superar o uso destinado e integrar a rede de distribuição das companhias. OBJETIVO O presente trabalho possui como objetivo apresentar os benefícios do aproveitamento energético a partir dos subprodutos do tratamento de esgoto, como biogás e lodo, bem como mensurar o aproveitamento energético na cidade de Belém do Pará (PA). Por último, com base no volume de esgoto gerado, apenas 67% do esgoto sanitário gerado é coletado por rede (IBGE 2017), sendo que os outros 33% é lançado diretamente nos rios ou leitos d’água próximos ou liberado diretamente em fossas.

Além disso, do volume de esgoto coletado, apenas 77,1% recebe algum tipo de tratamento em ETEs, o que equivale a pouco mais da metade de todo o volume de esgoto gerado no Brasil. Com base nestes dados divulgados pelo IBGE nos anos de 2020 e 2017, podemos verificar a necessidade urgente de investimentos em saneamento no Brasil, focado principalmente na construção de novas estações de tratamento de esgotos, reformas e atualizações de ETEs existentes. Com isso, podemos verificar uma grande oportunidade de geração energética através da reutilização de biomassa e, principalmente, de biogás através do armazenamento destes durante o processo de tratamento de esgoto sanitário. Fases do tratamento de esgoto O tratamento de esgoto sanitário realizado nas ETEs é um processo complexo que deve passar por diferentes fases e equipamentos, com diferentes produtos finais que devem ser descartados ou armazenados de formas diferentes, até o produto principal poder ser despejado no corpo hídrico adequado, normalmente em rios locais.

Se durante o processo de decantação primária forem utilizados coagulantes, o lodo será químico e deverá ser descartado em aterros sanitários, caso não sejam utilizados coagulantes, o lodo será biológico e poderá ser utilizado como adubos. Os principais componentes do lodo biológico são sólidos sedimentados, matéria orgânica recalcitrante e metais pesados. O lodo gerado representa cerca de 1% de todo o volume de esgoto tratado na ETE, porém seu gerenciamento representa entre 20% e 60% de todo o gasto com operação da ETE, demonstrando a grande importância de seu devido tratamento. No Brasil, normalmente esse lodo é destinado a aterros sanitários, para o qual é necessária sua desidratação, pois o lodo é composto de 95% de água. Para a realização da desidratação é necessário que o lodo fique em leitos de secagem, dos quais será transportado posteriormente para os aterros, ou caso esteja dentro das características necessárias, poderá ser utilizado como fertilizante para a agricultura ou recuperação de áreas degradadas.

O modelo apresentado foi projetado para atender uma população de 18. habitantes, considerando uma vazão média de projeto de 35 L/s de esgoto. Figura 10- Modelo de ETE para 18. habitantes. Fonte: ETEs Sustentáveis, 2020. Por fim, o efluente líquido que já sofreu tratamentos anaeróbios nos reatores UASB e tratamentos aeróbios nos filtros percoladores é enviado aos decantadores secundários para que seja retiradas as últimas partículas de sólidos que possam estar diluídas no efluente. Essa remoção é realizada através de raspadores de lodo presentes nos decantadores, sendo esse lodo enviado de volta aos reatores UASB para sua digestão. O efluente líquido final é recolhido pelas calhas coletoras presentes no perímetro do decantador e enviado para o corpo hídrico local, retornando ao ambiente, ou caso esteja dentro dos padrões necessários, reutilizado como água de reuso.

O lodo biológico gerado nos reatores é retirado e passa por desidratação em leitos de secagem, onde fica exposto ao Sol durante longos períodos de tempo. Após sua desidratação, esse lodo é enviado a aterros sanitários ou, caso passa por uma etapa de higienização, pode ser reutilizado como adubo na agricultura. Além do armazenamento e tratamento do biogás gerado nas estações de tratamento de esgoto para sua utilização como gás de cozinha, fonte de energia elétrica, fonte de energia térmica, produção de biocombustíveis, etc, podemos reutilizar o lodo biológico como adubo ou fertilizantes de solo, gerar biomassa através de microalgas em lagoas de alta taxa para alimentação de animais, ou recuperação de compostos bioquímicos.

ESTUDOS DE CASO A fim de exemplificar o aproveitamento dos produtos advindos do tratamento de esgoto doméstico e usos de biogás para geração de energia, foram selecionados três estudos de caso. O primeiro se trata do uso de biometano para abastecimento de frota veicular, o segundo se trata da avaliação do potencial de geração de energia elétrica a partir do biogás gerado numa estação de tratamento de esgoto e considera os créditos de carbono. Por fim, o terceiro caso se trata do aproveitamento do lodo para geração de energia. Para “Produção e uso de biometano na ETE Franca da Sabesp”, O estudo possuía como objetivo a utilização do biogás produzido nos digestores anaeróbios da estação de tratamento de esgoto de Franca para posterior produção de biometano e uso como combustível na frota veicular da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP).

Ou seja, representa a substituição de 1. L gasolina ou 2. l álcool, considerando a média de consumo da frota (SABESP, 2018). Esses resultados trouxeram benefícios como redução de gastos com combustível e redução das emissões de gases de efeito estufa. Além disso, a empresa visa ofertar o biometano para a frota de ônibus municipal e, posteriormente, comercializar o mesmo para indústrias locais, clientes dedicados e concessionárias distribuidoras de gás (SABESP, 2018). Entretanto, a venda desse excedente não seria viável, uma vez que o custo seria maior do que a receita (De Oliveira e Domingues, 2011). Em relação à viabilidade econômica, o cenário que leva em consideração a receita dos créditos de carbono apresenta uma viabilidade maior do que o cenário que não considera.

Esse resultado permite concluir a relevância do conceito de adicionalidade, que torna os projetos viáveis ou mais lucrativos através das vendas dos créditos de carbono (De Oliveira e Domingues, 2011). No artigo “potencial energético e alternativas para o aproveitamento do biogás e lodo de reatores UASB: estudo de caso Estação de tratamento de efluentes Laboreaux (Itabira)”, o objetivo do estudo consistiu em avaliar o potencial energético do lodo desaguado e do biogás, bem como aproveitamento energético dos subprodutos e suas alternativas em uma estação de tratamento de esgoto. O local de estudo selecionado foi a ETE Laboreaux em Itabira (MG). CASO ESPECIAL: ESTIMAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO DE BIOGÁS PROVENIENTE DO ESGOTO, NO MUNICÍPIO DE BELÉM, PARÁ Segundo dados do Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS) para o ano 2019, no Brasil era coletado apenas 54,1% do esgoto total estimado.

Existem ainda muitos desafios no Brasil para garantir o saneamento básico em conformidade com a Lei Nacional de Saneamento, Lei n. O Pará está entre os estados com menor atendimento urbano de esgoto (ver o seguinte mapa), provocando a aparição de doenças relacionadas com as condições e a qualidade de vida da população, inclusive na capital do estado, Belém. Figura 15 - Mapa do índice médio de atendimento urbano por rede coletora de esgotos dos municípios com prestadores de serviços participantes do SNIS. Fonte: SNIS, 2019. m3 de esgoto não são tratados. Na seguinte tabela, apresenta-se o consumo de água registrado para cada estado e sua evolução entre 2017 e 2019. Tabela 3- valores de consumo médio per capita de água dos prestadores de serviços participantes do SNIS em 2017, 2018 e 2019.

Fonte: SNIS, 2019. Este problema de saneamento tem trazido à população muitos casos de doenças relacionadas às formas como estas comunidades têm acesso à água e como descartam o efluente. Onde: : Volume de metano (m3/ano) : Esgoto coletado (m3/ano) : Demanda química de oxigênio (kg DQO/m3 esgoto) : Potencial de geração de metano (m3/kg DQO) : Eficiência de remoção de DQO = 0,4497 (Atlas de Bioenergia do Estado de São Paulo, 2020) = 0,1115 (Atlas de Bioenergia do Estado de São Paulo, 2020) O volume de metano estimado é de 1. m3/ano. Considerando que o biogás proveniente do esgoto em ETE possui 70% de metano (SABESP, 2018), a quantidade de biogás resultante deste processo é aproximadamente 2. m3/ano. Supondo que este volume de biogás seja utilizado estritamente na geração de energia elétrica através de um motor de ciclo Otto (com eficiência aproximada de 42% conforme metodologia sugerida pela ABIOGAS, 2018), utiliza-se a seguinte expressão para calcular a energia elétrica anual gerada.

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