Avaliação da produção de biogás para fins energéticos em reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário

Abstract

O aproveitamento energético do biogás é uma maneira de minimizar as emissões de gases de efeito estufa, como o gás metano, e explorar uma fonte de energia renovável. A utilização do biogás gerado no tratamento de efluentes líquidos em reatores anaeróbios tipo UASB, se integra nessa proposta de boa prática em ETE. A melhoria na eficiência energética e aproveitamento de biogás em sistemas de tratamento com reator UASB dependem de um maior conhecimento sobre o comportamento da produção de biogás e de medidas no âmbito construtivo e operacional. Neste contexto, o objetivo geral desse estudo foi avaliar o potencial de geração de biogás para fins energéticos em reatores anaeróbios tipo UASB/RALF em escala plena a partir de medições Os objetivos específicos deste trabalho foram: a) Analisar em tempo real a vazão e composição do biogás; b) Estabelecer as relações unitárias de produção específica de biogás para cada ETE e correlacionando-as com as condições operacionais e ambientais; c) Estimar o potencial de geração de energia. Para atingir os objetivos propostos foram realizadas medições em seis estações de tratamento de esgoto durante doze meses através de medidores online das concentrações de DQO, das vazões de esgoto e de biogás, e da qualidade do biogás. Os resultados mostraram que para reatores UASB a concentração de metano média variou de 70 a 80%, CO2 de 6 a 12% e de H2S de 1300 a 2100 ppm, e que estas não sofreram grandes variações durante o ano. A vazão de biogás teve um comportamento periódico e variável de acordo com as diferentes condições operacionais, apresentando redução após eventos significativos de chuva. De maneira geral as relações unitárias de produção de biogás apresentaram valores inferiores ao esperado, indicando perdas de biogás. Os valores obtidos variaram de 81 a 142 NL de CH4/kgDQOrem, com eficiências de remoção de DQO de 63 a 88%. Os reatores com boa vedação atingiram valores de produção específica de biogás de 17 l/hab.d, 89 l/m3 de esgoto e 179 l/kg DQOremovida. A geração de energia elétrica específica para esse caso foi de 17,8 kWh/hab.ano. As demais estações apresentaram valores inferiores devido a maiores perdas de biogás.<br>

Abstract : The energy recovery of biogas is way of minimizing the greenhouse gas emissions such as methane and explore a renewable energy source. The use of the biogas generated by wastewater anaerobic treatment in UASB reactors integrates in this proposal of good practices in WWTP. The energy efficiency improvement and the recovery of biogas in WWTP with UASB reactors depend of a better knowledge of the biogas production behavior and of constructional and operational measurements. The specific aims of this study were a) To quantify the biogas flow and composition; b) To establish unitary yields of specific biogas production for each WWTP, correlating them to the operational and environmental conditions; c) To estimate the energy potential of each WWTP analyzed. In order to achieve this goals, six wastewater treatment plants with UASB reactors were monitored during 12 months by online measurements of COD, wastewater and biogas flow, and biogas quality. The results showed that the average CH4 concentration ranged from 70 to 80%, the CO2 from 6 to 12% and the H2S from 1300 to 2100 ppm, and didn?t show much variation during the year. The biogas flow had a periodic and variable behavior according to the different operational conditions, decreasing after heavy rainfall. In general, the specific biogas production yields were lower than expected, indicating biogas losses. The values obtained ranged from 81 to 142 NL of CH4/kgCODremoved and the COD removal efficiencies from 63 to 88%. The well sealed reactors achieved biogas production yields of 17 L/inhab.day, 89 L/m3wastewater e 179 l/kg CODremoved. In this case, the unitary electrical energy potential was 17,8 kWhel/inhab.year. The others WWTP presented lower values due to higher biogas losses.